Voltmetru

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Un voltmetru digital portabil modern
Un model vechi de voltmetru, datând din 1929

Voltmetrul (rar și incorect voltmetrul sau voltmetrul ) este un instrument pentru măsurarea diferenței de potențial electric între două puncte ale unui circuit , a cărui unitate de măsură este voltul cu simbolul V. Unitatea de măsură poartă acest nume în onoarea fizicianului italian Alessandro Volta . Împreună cu ampermetru , wattmetrul , varmeter , frecvența metru , cosphimeter (sau phasometer) și altele, acesta este un instrument de măsurare a mărimilor electrice .

În ceea ce privește alte instrumente, parametrii fundamentali ai unui voltmetru sunt trei (a se vedea instrumentele de măsurare pentru mărimile electrice ):

  • clasa de precizie (sau clasa),
  • domeniul de aplicare
  • rezolutia.

Un alt parametru nu mai puțin important este tensiunea de izolație. Pentru un voltmetru este, de asemenea, necesar să se cunoască tipul de tensiune măsurată: tensiune directă, tensiune alternativă și în ultimul caz dacă este doar sinusoidală sau chiar cu forme de undă diferite.

Nu trebuie confundat cu voltmetrul , care este în schimb un instrument pentru măsurarea sarcinii electrice .

Tipuri de voltmetru

Premisă

Există diferite instrumente pentru măsurarea tensiunii între două puncte dintr-un circuit. Există instrumente cu absorbție de curent (care sunt cele mai frecvente) numite instrumente amperometrice și există și instrumente fără absorbție de curent (de exemplu voltmetre electrostatice). Toate aceste instrumente permit măsurarea unei tensiuni direct pentru care sunt numite metode directe, dar există și metode indirecte de măsurare a tensiunii (de exemplu, a se vedea metoda de opoziție ).

Voltmetru ideal

Voltmetrul ideal este un bipol a cărui rezistență este infinită, deci echivalentă cu un circuit deschis . Fiind de o rezistență infinită, inserția sa între două puncte ale unui circuit nu modifică în niciun fel funcționarea circuitului în sine. Deși voltmetrele ideale nu există în realitate, are o importanță considerabilă pentru simularea teoretică și a circuitului .

Voltmetru magnetoelectric

  • Principiul de funcționare

Pentru principiul de funcționare, consultați Instrumentele de măsurare pentru mărimile electrice

  • Voltmetru magnetoelectric

În practică nu există nicio diferență între un voltmetru magnetoelectric și un ampermetru magnetoelectric. Singura diferență reală este că voltmetrul are un echipaj în mișcare, care este un miliammetru și, în serie, are o valoare mare și o rezistență exact calibrată. În acest fel, dacă aplicăm o tensiune pe serie (miliammetru - rezistență de mare valoare), în instrument va circula un curent proporțional cu tensiunea aplicată. Scara este calibrată direct în volți sau multiplii / submultiplii săi. Pentru a putea măsura tensiuni mai mari, este suficient să creșteți rezistența în serie la echipajul mobil.

O caracteristică prezentă în voltmetre este rezistența pe unitate de tensiune . Cu cât această valoare este mai mare, cu atât instrumentul este mai bun și nu ne deranjează prea puțin circuitul. De obicei, un voltmetru magnetoelectric are 20.000 Ω / V și cu aceste valori putem spune că voltmetrul este de bună calitate.

Voltmetru electromagnetic

  • Principiul de funcționare

Pentru principiul de funcționare, consultați Instrumentele de măsurare pentru mărimile electrice .

  • Voltmetru electromagnetic

De asemenea, pentru acest instrument derivă din ampermetrul corespunzător. Se utilizează un ampermetru cu distanță mică (se folosește un miliammetru electromagnetic) și rezistoarele de mare precizie și valoare sunt inserate în serie. Cu această metodă este posibil să creăm voltmetre pentru intervale relativ mici (aproximativ 50 V.), dacă avem nevoie de intervale de voltmetru mai mici, trebuie să introducem rezistențe adecvate în paralel.

Aceste tipuri de voltmetre sunt în general construite pentru intervale directe de până la 100 V. Dacă trebuie să măsurăm o tensiune mai mare, acestea trebuie inserate cu transformatoare de tensiune.

Aceste instrumente au o rezistență pe unitate de tensiune care este în jur de 50 Ω / V.

Voltmetru electrodinamic

  • Principiul de funcționare

Pentru funcționare, consultați Instrumentele de măsurare pentru mărimile electrice .

  • Voltmetru electrodinamic

Cele două bobine prezente în acest instrument sunt conectate în serie, iar în ceea ce privește voltmetrele văzute anterior, pentru a măsura o tensiune, se introduce o rezistență specială în serie.

Aceste tipuri de voltmetre sunt în general construite pentru intervale directe de până la 100 V. Dacă trebuie să măsurăm o tensiune mai mare, acestea trebuie inserate cu transformatoare de tensiune.

Aceste instrumente au o rezistență pe unitate de tensiune care este în jur de 50 Ω / V.

Voltmetru termic

  • Principiul de funcționare

Pentru principiul de funcționare, consultați Instrumentele de măsurare pentru mărimile electrice .

  • Voltmetru de expansiune termică

Acest instrument derivă și din ampermetrul corespunzător. Funcționarea la temperaturi foarte ridicate este, pe de o parte, un avantaj, dar și un dezavantaj. Să vedem motivele acestor două afirmații. Avantajul este că nu este nevoie să introduceți o rezistență de compensare pentru variațiile termice (care este întotdeauna necesară pentru alte voltmetre cu bobine). Dezavantajul este că au o rezistență pe unitate de tensiune care este în jur de 5 Ω / V.

  • Voltmetru termocuplu

Acest instrument derivă și din ampermetrul corespunzător. Comparativ cu voltmetrele de expansiune termică, acestea au unele avantaje, inclusiv rezistența pe unitate de tensiune care variază de la 5 Ω / V până la 1.000 Ω / V. Clasa de precizie este de aproximativ 0,5% la cele mai bune instrumente. Din acest motiv, în cazul în care este necesar să se măsoare tensiuni foarte mici (de la milivolți până la câțiva volți) acest instrument este preferabil voltmetrului electrodinamic corespunzător.

Voltmetre electrostatice

  • Principiul de funcționare

Pentru principiul de funcționare, consultați Instrumentele de măsurare pentru mărimile electrice .

  • Voltmetru electrostatic

Voltmetrul electrostatic derivă direct din electrometru cu toate măsurile de precauție pentru a-l face mai robust și mai ușor de utilizat. Din moment ce cuplul în joc este foarte mic. Prin urmare, fie sunt instalate suspensii foarte delicate (și aici ne întoarcem la electrometru), fie trebuie crescută tensiunea de funcționare. Din acest motiv voltmetrul electrostatic este un instrument pentru tensiuni medii și înalte (peste 10.000 V).

Dacă un voltmetru electrostatic este construit prin contrastarea unei serii alternative de armături (multe armături fixe opuse la tot atâtea armături mobile, pentru a multiplica efectul final), se poate avea instrumente pentru tensiuni și mai modeste (de ordinul a 100 V) . În aceste instrumente, cuplul de amortizare este dat de un magnet permanent care acționează asupra armăturilor în mișcare ale voltmetrului. Pentru a preveni deteriorarea instrumentului atunci când este pornit, există o rezistență de mare valoare între o clemă externă și armătura fixă ​​cu scopul expres de a face încărcarea armăturii instrumentului destul de lentă. Ca și pentru toate celelalte instrumente, tensiunea la armătura mobilă este dată prin arcul antagonist.

Dacă trebuie să măsurăm tensiuni ridicate, se folosește un voltmetru electrostatic cu armături mai puțin opuse sau chiar un voltmetru în care principiul de funcționare se bazează pe variația distanței dintre armături. Acest tip de voltmetru electrostatic poate măsura tensiuni peste 500.000 V Marea valoare a acestei clase de instrumente de măsurare este consumul lor foarte redus, care este de ordinul a câteva zeci de milionimi de ampere (aproximativ 10 microampere) chiar și cu tensiuni de frecvență industrial (42 - 60 Hz).

Spark gap

Un instrument care este adesea confundat cu voltmetrul electrostatic este fanta de scânteie . Diferența este enormă din punct de vedere practic, deoarece voltmetrul electrostatic oferă o valoare de tensiune existentă în circuitul meu fără a-și modifica regimul, ceea ce face în schimb scânteia, având în vedere că descărcarea are loc la o anumită tensiune, care o alterează. regim. În general, fanta de scânteie este utilizată pentru efectuarea testelor de tensiune de izolație pe diferitele mașini electrice. În această utilizare foarte precisă, fanta de scânteie este poziționată paralel cu mașina supusă testului, astfel încât tensiunea de testare alimentează și fanta de scânteie. Spațiul de scânteie este alcătuit, în general, din două bile metalice, opuse unul altuia, alimentate de tensiunea de testare. Există spații de scânteie cu axa orizontală și verticală, chiar dacă modul lor de lucru nu se modifică substanțial.
Deoarece valoarea descărcării este influențată de distanța dintre sfere, de diametrul lor, de alte obiecte conductoare înconjurătoare, de temperatură, de presiune și de umiditatea ambiantă, există standarde în care sunt prescrise, în detaliu (care aici evident nu este cazul de a enumera), despre modul în care aceste aparate trebuie utilizate și construite. Odată ce distanța de scânteie este instalată incorect, tensiunea de testare este crescută treptat; când rezistența dielectrică a aerului este depășită, are loc descărcarea. În acest fel se obțin două avantaje: primul este să fi stresat mașina supusă testului la tensiunea dorită (și puțin mai departe), al doilea este în favoarea siguranței mașinii, deoarece descărcarea se produce în scânteie gol, fără a afecta izolația mașinii, rezultând un avantaj economic clar. Evident, dacă este utilizat cu tensiuni alternative, descărcarea are loc la valoarea maximă.

Voltmetre de inducție

  • Principiul de funcționare

Pentru principiul de funcționare, consultați Instrumentele de măsurare pentru mărimile electrice .

  • Voltmetru de inducție

Acest instrument derivă și din ampermetrul corespunzător. Singura diferență reală este că voltmetrul are un echipaj care este un miliammetru și în serie are o valoare mare și o rezistență exact calibrată. În acest fel, dacă aplicăm o tensiune pe serie (miliammetru - rezistență de mare valoare), în instrument va circula un curent proporțional cu tensiunea aplicată. Scara va fi evident calibrată direct în volți sau multiplii / submultiplii săi. Pentru a putea măsura tensiuni mai mari, este suficient să creșteți rezistența seriei. Dincolo de o anumită valoare, se folosesc transformatoare de tensiune. În ceea ce privește ampermetrele corespunzătoare, de asemenea voltmetrele de inducție, valoarea citită poate fi influențată de frecvența tensiunii necunoscute. Din acest motiv, aceste instrumente au o scară trasă empiric și nu pot fi utilizate cu tensiuni alternative care au o frecvență diferită de cea de calibrare.

Voltmetru electronic

Pe de altă parte, atunci când doriți să măsurați tensiunile pe circuite de înaltă frecvență care funcționează cu curenți mici, contactul cablurilor de testare singur poate constitui o astfel de sarcină, încât să aducă temporar circuitul să nu mai funcționeze, în aceste cazuri măsurarea trebuie să fie efectuate cu voltmetre de alt tip.

Dacă doriți să cunoașteți valoarea tensiunii acceptând eroarea de citire tipică instrumentelor index, se folosește un voltmetru electronic, format dintr-un miliammetru conectat la un circuit amplificator format din valve sau FET , aceste componente permit valori de impedanță d 'intrare de ordinea a zeci de megohmi. Dacă valoarea trebuie măsurată cu precizie maximă, se folosește un multimetru sau voltmetru digital, ale cărui intrări au o impedanță standard de 10 megahmi, astfel de impedanțe mari de intrare sunt prezente și în sondele active pentru osciloscoape.

Voltmetru digital

Două voltmetre digitale, deasupra unui model de laptop HP , sub un model de placă realizat de studenți

Voltmetrele digitale utilizează de obicei un circuit convertor analog-digital , constând de obicei dintr-un integrator cu rampă dublă. O tensiune de referință cunoscută este aplicată integratorului pentru un timp fix, determinând creșterea liniară a rampei de tensiune, după care se aplică tensiunea care trebuie măsurată și se măsoară timpul luat de rampă pentru a trece la noua valoare.

Tensiunea necunoscută este dată de produsul tensiunii de referință și timpul de creștere împărțit la timpul de coborâre. Este important ca valoarea tensiunii de referință să rămână cât mai constantă posibil în timpul măsurării, rămânând stabilă în timp, chiar și în ceea ce privește variațiile de temperatură. Din acest motiv, în voltmetrele de înaltă performanță, circuitul convertorului, de obicei un cip hibrid , este proiectat chiar de producătorul instrumentului, rezultând astfel o personalizare care nu este disponibilă pe piață. Pentru ca măsurătorile să fie fiabile, voltmetrele digitale de înaltă performanță, ca și alte instrumente, trebuie supuse periodic calibrării la intervale de timp indicate de producător în manualul de service combinat cu instrumentul; nu este neobișnuit ca producătorul să garanteze specificațiile declarate numai într-o perioadă de 90 de zile, începând de la data recalibrării instrumentului. În practică, pentru a vă asigura că valorile citite de instrument corespund specificațiilor declarate, acesta trebuie supus calibrării la intervale de trei luni.

Tensiunile de referință ale eșantionului sunt obținute cu celula Weston sau cu sisteme electronice bazate, de exemplu, pe banda de conducție a unui semiconductor ; acestea sunt utilizate pentru calibrarea calibratorilor primari. Voltmetrele digitale de înaltă clasă, prin intermediul magistralei IEEE-488 , pot fi conectate în rețea cu alte instrumente și pot fi gestionate de computere.

Primul voltmetru digital a fost inventat și fabricat de Andrew Kay de la sistemele neliniare în 1954 .

Alte sisteme de măsurare a tensiunii

Potențiometru

În potențiometrul sau sistemul potențiometric, o metodă în stare de neutilizare de ceva timp, se folosește un rezistor variabil format dintr-un fir rezistiv la care se aplică o tensiune. Un contact în mișcare poate aluneca pe fir și este conectat la circuitul de măsurare printr-un detector de curent, de exemplu un galvanometru . Cursorul care acționează asupra contactului în mișcare este reglat până când tensiunea de pe cursor este egală cu tensiunea care trebuie măsurată și curentul este deci zero, iar lungimea firului până la masă este măsurată. Operația este apoi repetată cu o sursă de tensiune de referință.

În acest moment, tensiunea necunoscută poate fi calculată ca produs al tensiunii de referință prin lungimea firului corespunzător tensiunii necunoscute, împărțită la lungimea firului corespunzător tensiunii de referință.

Osciloscop

Metoda osciloscopului se bazează pe devierea unui fascicul de electroni în interiorul unui tub catodic . Deflexia poate fi obținută cu un câmp magnetic sau cu un câmp electric , în ambele cazuri tensiunea poate fi calculată prin comparație cu deflexia produsă de o tensiune de referință cunoscută, sau citită direct pe o scară gradată formată din rețeaua poziționată pe suprafață a tubului, în osciloscoapele moderne tubul a fost înlocuit cu un panou LCD monocrom sau color, iar voltmetrul este integrat în circuitul instrumentului, oferind în formă digitală pe ecran, valoarea tensiunii semnalului electric afișat, precizia acest tip, în orice caz, citirea este mai mică decât cea efectuată cu un multimetru sau voltmetru digital de bancă.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 26191 · LCCN (EN) sh85144325 · NDL (EN, JA) 00.561.298