ولتکتریکی

تعریف و عملکرد ولتمتر الکترونیکی

تعریف: ولتمتر الکترونیکی نوعی ولتمتر است که از یک تقویت‌کننده برای افزایش حساسيت خود استفاده می‌کند. این دستگاه چندمنظوره برای اندازه‌گیری ولتاژ در دستگاه‌های جریان متناوب (AC) و مستقیم (DC) طراحی شده است. بخاطر مقاومت ورودی بالا، ولتمتر الکترونیکی می‌تواند خواندن‌های دقیق ولتاژ را فراهم کند و به همین دلیل در کاربردهای مختلف الکتریکی و الکترونیکی انتخاب می‌شود.

ولتمترهای معمولی با سیم پیچ متحرک غالباً در تشخیص سیگنال‌های ولتاژ پایین مشکل دارند. ولتمتر الکترونیکی این محدودیت را مؤثرانه رفع می‌کند. مقاومت ورودی بالای آن به او اجازه می‌دهد تا سیگنال‌های الکتریکی بسیار ضعیف را تشخیص دهد و بدین ترتیب اندازه‌گیری‌های دقیق را تضمین کند. مقاومت بالا به معنای این است که ولتمتر مقاومت قابل توجهی نسبت به تغذیه ورودی ارائه می‌دهد و تأثیر بارگذاری روی مدار تحت آزمون را به حداقل می‌رساند.

ولتمترهای الکترونیکی می‌توانند از ترانزیستورها یا لامپ‌های خلاء به عنوان مولفه‌های فعال خود استفاده کنند. ولتمترهای ترانزیستوری (TVMs) معمولاً ویژگی مقاومت بالا دارند که آن‌ها را برای اندازه‌گیری جریان مستقیم مناسب نمی‌کند. از طرف دیگر، ولتمترهای لامپ خلاء (VVMs) مقاومت نسبتاً کمتری دارند که آن‌ها را برای کاربردهای خاص اندازه‌گیری جریان علاوه بر اندازه‌گیری ولتاژ مناسب می‌کند.

عملکرد ولتمتر الکترونیکی

عملکرد اساسی ولتمتر الکترونیکی بر اصلی استوار است که مقدار ولتاژ اندازه‌گیری شده به طور مستقیم با انحراف نشانگر روی دستگاه متناسب است. نشانگر روی یک مقیاس کالیبره شده نصب شده است و موقعیتی که به آن انحراف می‌یابد دقیقاً مقدار ولتاژ ورودی را نشان می‌دهد.

در مقابل ولتمترهای با سیم پیچ متحرک که مقدار زیادی انرژی از مدار اندازه‌گیری می‌گیرند و ممکن است باعث خطاهای خواندن به دلیل بارگذاری مدار شوند، ولتمترهای الکترونیکی این مشکل را مؤثرانه حل می‌کنند. طراحی مقاومت بالای آن‌ها تضمین می‌کند که مقدار کمی انرژی از مدار تحت آزمون گرفته شود و بدین ترتیب اندازه‌گیری‌های ولتاژ دقیق و قابل اعتماد را در محدوده وسیعی از کاربردها امکان‌پذیر می‌کند.

ولتمتر الکترونیکی: عملکرد و طبقه‌بندی

در ولتمتر الکترونیکی، انحراف نشانگر توسط یک مدار تقویت‌کننده کمکی تأمین می‌شود. ولتاژهای خروجی این تقویت‌کننده به طور دقیق نمونه‌برداری از سطوح ولتاژ مدار آزمون می‌کنند. مهم است که مقدار اضافی بسیار کمی از انرژی از طریق مکانیسم انحراف عبور می‌کند. این ویژگی طراحی تضمین می‌کند که متر می‌تواند خواندن‌های بسیار دقیق ارائه دهد، زیرا احتمال خطاهای ناشی از تداخلات مربوط به انرژی یا تأثیرات بارگذاری روی مدار اندازه‌گیری شده را کاهش می‌دهد.

انواع ولتمتر الکترونیکی

ولتمترهای الکترونیکی می‌توانند به دو نوع اصلی تقسیم‌بندی شوند:

ولتمتر الکترونیکی آنالوگ

ولتمتر الکترونیکی آنالوگ با این ویژگی مشخص می‌شود که خروجی آن از طریق انحراف نشانگر روی یک مقیاس کالیبره شده نشان داده می‌شود. این نوع دستگاه اندازه‌گیری ولتاژ دارای مقاومت مدار بالا است که تأثیر آن روی مدار تحت آزمون را به حداقل می‌رساند. از یک تقویت‌کننده الکترونیکی برای تنظیم و پردازش سیگنال‌های ورودی استفاده می‌کند.

ولتمتر الکترونیکی آنالوگ می‌تواند بر اساس نوع ولتاژی که اندازه‌گیری می‌کند به دو زیرمجموعه تقسیم شود:

• ولتمتر الکترونیکی آنالوگ AC: به طور خاص برای اندازه‌گیری ولتاژ جریان متناوب طراحی شده است، که به طور دقیق تغییرات متناوب سیگنال‌های AC را ثبت کرده و آن‌ها را به انحراف متناظر نشانگر روی مقیاس تبدیل می‌کند.

• ولتمتر الکترونیکی آنالوگ DC: برای اندازه‌گیری ولتاژ جریان مستقیم طراحی شده است، که نشان‌دهنده‌ی پایدار و قابل اعتمادی از سطوح ولتاژ ثابت است و آن را برای محدوده وسیعی از سیستم‌ها و مولفه‌های الکتریکی تغذیه شده با DC مناسب می‌کند.

ولتمتر الکترونیکی دیجیتال و مزایای ولتمترهای الکترونیکی

ولتمتر الکترونیکی دیجیتال

ولتمتر الکترونیکی دیجیتال نوعی دستگاه است که خروجی دیجیتالی برای ولتاژ اندازه‌گیری شده ارائه می‌دهد و نتیجه را به صورت عددی نمایش می‌دهد. با حذف نیاز به تفسیر دستی نشانگر روی مقیاس، دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال به طور مؤثر خطاها ناشی از انسان، به خصوص خطاها ناشی از تغییر زاویه دید، را کاهش می‌دهند. چون خواندن‌ها به صورت مستقیم به صورت اعداد نمایش داده می‌شوند، آن‌ها دقت و وضوح بیشتری ارائه می‌دهند و اندازه‌گیری‌های ولتاژ دقیق‌تر و مطمئن‌تری را تضمین می‌کنند.

مزایای ولتمتر الکترونیکی

ولتمترهای الکترونیکی چندین مزیت مهمی دارند که آن‌ها را به ابزارهای غیرقابل انکار در اندازه‌گیری‌های الکتریکی و الکترونیکی تبدیل می‌کنند:

• تشخیص سیگنال‌های پایین سطح: مجهز به تقویت‌کننده‌ها، ولتمترهای الکترونیکی طراحی شده‌اند تا خطاهای بارگذاری را به حداقل برسانند و قادر به تشخیص سیگنال‌های الکتریکی بسیار ضعیف باشند. این تقویت‌کننده‌ها حساس به اندازه‌ای هستند که قادر به تشخیص سیگنال‌هایی که جریان حدود ۵۰ میکروآمپر تولید می‌کنند. توانایی تشخیص سیگنال‌های پایین سطح برای به دست آوردن اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد، به خصوص در کاربردهایی که مقدار واقعی ولتاژ ممکن است توسط نویز یا تداخلات دیگر مخفی شود، حیاتی است. این حساسیت تضمین می‌کند که حتی کوچک‌ترین تغییرات ولتاژ به طور دقیق اندازه‌گیری شوند و اطلاعات ارزشمندی درباره رفتار مدارهای الکتریکی ارائه دهند.

• مصرف انرژی کم: ولتمترهای الکترونیکی شامل لامپ‌های خلاء یا ترانزیستورها هستند که هر دو دارای ویژگی‌های تقویت‌کننده هستند. به جای اینکه فقط بر ولتاژ اندازه‌گیری شده برای عملکرد تکیه کنند، از یک منبع تغذیه کمکی برای حرکت دادن مکانیسم انحراف نشانگر استفاده می‌کنند. مقدار ولتاژ اندازه‌گیری شده کنترل انحراف المان حسگر را انجام می‌دهد و مقدار انرژی گرفته شده از مدار تحت آزمون را کاهش می‌دهد. در نتیجه، مصرف کلی انرژی مدار ولتمتر الکترونیکی بسیار کم می‌ماند. این طراحی کارآمد انرژی نه تنها عمر مفید دستگاه را افزایش می‌دهد بلکه تأثیر آن روی مدار اندازه‌گیری شده را به حداقل می‌رساند و آن را برای محدوده وسیعی از کاربردها، از جمله آنهایی که حفظ انرژی بسیار مهم است، مناسب می‌کند.

• دامنه فرکانس گسترده: بخاطر استفاده از ترانزیستورها، عملکرد ولتمترهای الکترونیکی به دامنه فرکانس خاصی محدود نمی‌شود. این دستگاه‌های چندمنظوره می‌توانند ولتاژ را در طیف گسترده‌ای از فرکانس‌های بسیار پایین تا بسیار بالا به طور دقیق اندازه‌گیری کنند. این توانایی دامنه فرکانس گسترده اجازه می‌دهد که ولتمترهای الکترونیکی در کاربردهای متنوعی از جمله تحلیل سیستم‌های تغذیه، مدارهای پردازش سیگنال و الکترونیک دیجیتال با سرعت بالا استفاده شوند. چه در اندازه‌گیری مولفه‌های DC کند متغیر یا سیگنال‌های AC سریعاً نوسانی، ولتمترهای الکترونیکی می‌توانند خواندن‌های ولتاژ قابل اعتماد و دقیق ارائه دهند و آن‌ها را به ابزار ضروری برای مهندسان و تکنسین‌هایی که در زمینه‌های مختلف الکترونیک کار می‌کنند، تبدیل کنند.

مهم است که ذکر شود ولتمترهای الکترونیکی فقط می‌توانند قدرت را وقتی که مدار بسته است و جریان از طریق متر در حال جریان است اندازه‌گیری کنند. این نیاز عملیاتی تأکید می‌کند بر اهمیت پیکربندی صحیح مدار و اتصال برای به دست آوردن اندازه‌گیری‌های دقیق قدرت با استفاده از این دستگاه‌ها.