Принцип роботи вольтметра та види вольтметрів

Що таке Вольтметр

Вольтметр — це прилад для вимірювання напруги. Він вимірює напругу між двома точками. Ми знаємо, що одиницею potential difference є вольти. Тому це measuring instrument, який вимірює потенційну різницю між двома точками.

Принцип роботи вольтметра

Основний принцип вольтметра полягає в тому, що його необхідно підключати паралельно до того, де ми хочемо виміряти voltage. Паралельне з'єднання використовується, оскільки вольтметр сконструйований таким чином, що має дуже високий опір. Якщо цей високий опір підключений послідовно, то притік струму буде практично нульовим, що означає, що коло стало відкритим.

Якщо він підключений паралельно, то імпеданс навантаження паралельно з високим опором вольтметра, і, отже, комбінація дастить майже той же імпеданс, що й навантаження. Також в паралельному контурі ми знаємо, що напруга однакова, тому напруга між вольтметром і навантаженням майже однакова, і, отже, вольтметр вимірює напругу.
Для ідеального вольтметра, ми маємо, що опір повинен бути нескінченним, а отже, притік струму повинен бути нульовим, тому немає втрат енергії в приладі. Але це неможливо на практиці, оскільки ми не можемо мати матеріал з нескінченним опором.

Класифікація або типи вольтметрів

Згідно з принципами конструкції, у нас є різні типи вольтметрів, основні з них –

1. Постійний магніт з рухомим катушкою (PMMC) Вольтметр.

2. Рухомий залізний (MI) Вольтметр.

3. Електродинамометричний тип Вольтметр.

4. Прямокутний тип Вольтметр

5. Індукційний тип Вольтметр.

6. Електростатичний тип Вольтметр.

7. Цифровий вольтметр (DVM).

Залежно від типу вимірювань, ми маємо-

1. DC Вольтметр.

2. AC Вольтметр.

Для DC вольтметрів використовуються PMMC прилади, MI прилади можуть вимірювати як AC, так і DC напруги, електродинамометричні типи, термічні прилади можуть вимірювати DC і AC напруги. Індукційні лічильники не використовуються через високу вартість, неточність вимірювання. Прямокутний тип вольтметра, електростатичний тип і цифровий вольтметр (DVM) можуть вимірювати як AC, так і DC напруги.

PMMC Вольтметр

Коли провідник, що носить струм, розташований в магнітному полі, на провідник діє механічна сила, якщо він прикріплений до рухомої системи, з рухом катушки, стрілка переміщується по шкалі.
PMMC прилади мають постійні магніти. Вони підходять для вимірювання DC, оскільки тут відхилення пропорційне напругі, оскільки опір постійний для матеріалу приладу, і якщо полярність напруги змінюється, відхилення стрілки також зміниться, тому він використовується лише для вимірювання DC. Цей тип приладу називається приладом типу Д'Арсонваля. Він має переваги лінійної шкали, низького споживання енергії, високої точності.
Основні недоліки –
Він вимірює лише величини DC, висока вартість тощо.

Де,
B = Плотність потоку в Вб/м2.
i = V/R, де V — напруга, яку треба виміряти, R — опір навантаження.
l = Довжина катушки в метрах.
b = Ширина катушки в метрах.
N = Кількість обмоток в катушці.

Розширення діапазону в PMMC вольтметрі

У PMMC вольтметрах ми маємо можливість розширити діапазон вимірювання напруги. Просто підключаючи опір паралельно до приладу, ми можемо розширити діапазон вимірювання.

Нехай,
V — напруга живлення в вольтах.
Rv — опір вольтметра в Омах.
R — зовнішній опір, підключений паралельно, в Омах.
V1 — напруга на вольтметрі.
Тоді зовнішній опір, який потрібно підключити паралельно, визначається за формулою

MI Вольтметр

MI прилади означають рухомий залізний прилад. Вони використовуються для вимірювання як AC, так і DC, оскільки відхилення θ пропорційне квадрату напруги, припустимо, що імпеданс приладу постійний, тому незалежно від полярності напруги, він показує напрямкове відхилення, подальша класифікація відбувається на два більші способи,

1. Тип притягання.

2. Тип відштовхування.

Де, I — загальний струм, що протікає в контурі в Амперах. I = V/Z
Де, V — напруга, яку треба виміряти, Z — імпеданс навантаження.
L — власна індуктивність катушки в Генрі.
θ — відхилення в Радіанах.

Принцип притягання типу MI приладу

Якщо незамагнічений м’який залізо розташований в магнітному полі, воно притягується до катушки, якщо до системи прикріплена стрілка, і через катушку проходить струм в результаті прикладеної напруги, він створює магнітне поле, яке притягує залізну деталь і створює відхиляючий момент, в результаті чого стрілка переміщується по шкалі.

Принцип відштовхування типу MI приладу

Коли два залізних деталі намагнічувуються з однаковою полярністю, пропускаючи струм, що робиться за допомогою прикладеної напруги, між ними відбувається відштовхування, і це відштовхування створює відхиляючий момент, завдяки якому переміщується стрілка.
Переваги полягають в тому, що він вимірює як AC, так і DC, він дешевий, мало фрикційних помилок, міцний тощо. Він використовується в основному для вимірювання AC, оскільки при вимірюванні DC помилки будуть більшими через гістерезис.

Електродинамометричний тип вольтметрів

Електродинамометричні прилади використовуються, оскільки вони мають однакову калібрування для AC і DC, тобто, якщо вони калібруються з DC, то без калібрування можна вимірювати AC.

Нагорода