Voltmeter - Voltmeter

Demonstrasjon analogt voltmeter

Et voltmeter er et instrument som brukes til å måle elektrisk potensialforskjell mellom to punkter i en elektrisk krets . Den er koblet parallelt . Den har vanligvis en høy motstand, slik at den tar ubetydelig strøm fra kretsen.

Analoge voltmetre flytter en peker over en skala i forhold til spenningen som måles og kan bygges fra et galvanometer og seriemotstand . Målere som bruker forsterkere kan måle små spenninger på mikrovolt eller mindre. Digitale voltmålere gir en numerisk visning av spenning ved bruk av en analog-til-digital-omformer .

Voltmålere er laget i et bredt spekter av stiler, noen separat drevet (f.eks. Av batteri), og andre drives av den målte spenningskilden selv. Instrumenter permanent montert i et panel brukes til å overvåke generatorer eller andre faste apparater. Bærbare instrumenter, vanligvis utstyrt for også å måle strøm og motstand i form av et multimeter , er standard testinstrumenter som brukes i elektrisk og elektronisk arbeid. Enhver måling som kan konverteres til en spenning kan vises på en måler som er passende kalibrert; for eksempel trykk, temperatur, strømning eller nivå i et kjemisk prosessanlegg.

Generelle analoge voltmetere kan ha en nøyaktighet på noen få prosent av full skala og brukes med spenninger fra en brøkdel av volt til flere tusen volt. Digitale målere kan lages med høy nøyaktighet, vanligvis bedre enn 1%. Spesialkalibrerte testinstrumenter har høyere nøyaktigheter, med laboratorieinstrumenter som kan måle til nøyaktigheter på noen få deler per million. En del av problemet med å lage et nøyaktig voltmeter er kalibrering for å kontrollere nøyaktigheten. I laboratorier brukes Weston -cellen som en standard spenning for presisjonsarbeid. Presisjonsspenningsreferanser er tilgjengelige basert på elektroniske kretser.

Skjematisk symbol

Voltmeter symbol

I kretsdiagrammer er et voltmeter representert med bokstaven V i en sirkel, med to nye linjer som representerer de to målepunktene.

Analog voltmeter

Et galvanometer i bevegelig spole av d'Arsonval -typen.
  • Den røde ledningen bærer strømmen som skal måles.
  • Den gjenopprettende våren er vist i grønt.
  • N og S er nord- og sørpolen til magneten.

Et galvanometer i bevegelig spole kan brukes som et voltmeter ved å sette inn en motstand i serie med instrumentet. Galvanometeret har en spole med fin tråd suspendert i et sterkt magnetfelt. Når en elektrisk strøm tilføres, skaper samspillet mellom magnetfeltet til spolen og den stasjonære magneten et dreiemoment, som har en tendens til å få spolen til å rotere. Dreiemomentet er proporsjonalt med strømmen gjennom spolen. Spolen roterer og komprimerer en fjær som motsetter rotasjonen. Nedbøyningen av spolen er dermed proporsjonal med strømmen, som igjen er proporsjonal med den påførte spenningen, som er indikert med en peker på en skala.

Et av designmålene for instrumentet er å forstyrre kretsen så lite som mulig, så instrumentet bør trekke et minimum av strøm for å fungere. Dette oppnås ved å bruke et følsomt galvanometer i serie med høy motstand, og deretter kobles hele instrumentet parallelt med kretsen som ble undersøkt.

Følsomheten til en slik måler kan uttrykkes som "ohm per volt", antall ohm -motstand i målekretsen delt på måleverdien i full skala. For eksempel vil en meter med en følsomhet på 1000 ohm per volt trekke 1 milliampere ved full skala spenning; hvis hele skalaen var 200 volt, ville motstanden ved instrumentets terminaler være200 000 ohm og i full skala, vil måleren trekke 1 milliampere fra kretsen som testes. For instrumenter med flere områder varierer inngangsmotstanden ettersom instrumentet byttes til forskjellige områder.

Bevegelige spoleinstrumenter med et permanentmagnetfelt reagerer bare på likestrøm. Måling av AC -spenning krever en likeretter i kretsen slik at spolen avbøyes i bare én retning. Noen instrumenter med bevegelige spoler er også laget med nullposisjonen i midten av skalaen i stedet for i den ene enden; disse er nyttige hvis spenningen reverserer polariteten.

Voltmålere som bruker det elektrostatiske prinsippet bruker gjensidig frastøtning mellom to ladede plater for å avlede en peker festet til en fjær. Metere av denne typen trekker ubetydelig strøm, men er følsomme for spenninger over 100 volt og fungerer med enten vekselstrøm eller likestrøm.

Forsterket voltmeter

Følsomheten og inngangsmotstanden til et voltmeter kan økes hvis strømmen som kreves for å avlede målepekeren tilføres av en forsterker og strømforsyning i stedet for av kretsen som testes. Den elektroniske forsterkeren mellom inngang og måler gir to fordeler; et robust instrument for bevegelig spole kan brukes, siden følsomheten ikke trenger å være høy, og inngangsmotstanden kan gjøres høy, noe som reduserer strømmen som trekkes fra kretsen som testes. Forsterkede voltmålere har ofte en inngangsmotstand på 1, 10 eller 20 megohms som er uavhengig av det valgte området. En en gang populær form for dette instrumentet brukte et vakuumrør i forsterkerkretsen og såkalt vakuumrørspenningsmåler (VTVM). Disse ble nesten alltid drevet av den lokale AC -strømmen og var derfor ikke spesielt bærbare. I dag bruker disse kretsene en solid-state-forsterker som bruker felt-effekt-transistorer , derav FET-VM, og vises i håndholdte digitale multimetre så vel som i benk- og laboratorieinstrumenter. Disse erstattet stort sett ikke-forsterkede multimetre bortsett fra i de rimeligste prisklasser.

De fleste VTVM-er og FET-VM-er håndterer likestrøm-, veksel- og motstandsmålinger; moderne FET-VM legger til nåværende målinger og ofte også andre funksjoner. En spesialisert form for VTVM eller FET-VM er AC voltmeter. Disse instrumentene er optimalisert for måling av AC -spenning. De har mye større båndbredde og bedre følsomhet enn en typisk multifunksjonsenhet.

Digitalt voltmeter

To digitale voltmålere. Legg merke til forskjellen på 40 mikrovolt mellom de to målingene , en forskyvning på 34 deler per million.

Et digitalt voltmeter (DVM) måler en ukjent inngangsspenning ved å konvertere spenningen til en digital verdi og viser deretter spenningen i numerisk form. DVM-er er vanligvis designet rundt en spesiell type analog-til-digital-omformer som kalles en integrerende omformer .

DVM -målingens nøyaktighet påvirkes av mange faktorer, inkludert temperatur, inngangsimpedans og spenningsvariasjoner i DVM -strømforsyningen. Billigere DVM har ofte inngangsmotstand i størrelsesorden 10 MΩ. Presisjons DVM kan ha inngangsmotstander på 1 GΩ eller høyere for de lavere spenningsområdene (f.eks. Mindre enn 20 V). For å sikre at en DVM -nøyaktighet er innenfor produsentens angitte toleranser, må den periodisk kalibreres mot en spenningsstandard som Weston -cellen .

Det første digitale voltmeteret ble oppfunnet og produsert av Andrew Kay fra Non-Linear Systems (og senere grunnlegger av Kaypro ) i 1954.

Low-end voltmålere bestemmer vekselspenningen ved å beregne rotmiddeltorget ( RMS ) vanligvis målt ved å føre den ene siden av fasen gjennom en diode , mens enheter med høyere ende bruker prøvespenninger fra den faktiske bølgeformen, kjent som "sann RMS".

Se også

Referanser

Eksterne linker