Co to jest woltomierz? Najważniejsze funkcje

Woltomierz to elektroniczny przyrząd służący do pomiaru różnicy potencjałów lub napięcia między dwoma punktami w obwodzie elektrycznym lub elektronicznym. Jednostka różnicy potencjałów jest mierzona w woltach (V).

Podstawowy woltomierz analogowy składa się z czułego galwanometru (miernika prądu) szeregowo o wysokiej rezystancji.

Wewnętrzna rezystancja woltomierza musi być wysoka; w przeciwnym razie przyciąga znaczący prąd i przerywa działanie obwodu podczas przeprowadzania testu.

Analogowe woltomierze wyświetlają ich odczyty analogowe (igła wskazująca ułamek napięcia obwodu), a woltomierze cyfrowe pokazują ich odczyty napięcia bezpośrednio w postaci liczbowej.

Praktyczne woltomierze laboratoryjne mają maksymalne zakresy od 1000 do 3000 V. Ze swojej strony, w większości woltomierzy komercyjnych mają różne skale, które zwiększają moc o 10; na przykład: 0-1 V, 0-10 V, 0-100 V i 0-1000 V.

Woltomierze mierzące duże różnice potencjałów wymagają wielu kabli i izolatorów.

W branży komputerowej odpowiednie są standardowe woltomierze laboratoryjne, ponieważ znalezione napięcia są umiarkowane, zwykle od 1 V do 15 V.

Generalnie woltomierze analogowe służą do pomiaru napięć od ułamka wolta do kilku tysięcy woltów.

Natomiast woltomierze cyfrowe są bardziej dokładne i są używane do bardzo małych pomiarów napięcia w laboratoriach i urządzeniach elektronicznych.

Historia

Podstawowe zasady stojące za woltomierzami zostały ustalone przez duńskiego fizyka Hansa Christiana Oersteda w roku 1820, kiedy odkrył, że prąd elektryczny w przewodzie wytwarza wokół niego pole magnetyczne.

Pierwszy amperomierz, który jest czułym i nieodpornym woltomierzem, został użyty przez fizyka André Ampère'a w 1820 r. Do pomiaru prądu.

Jednak prawie wszystkie typy woltomierzy są oparte na modelach, w których wskaźniki są osadzone w ruchomych cewkach.

Został on opracowany przez francuskiego fizyka Jacques-Arsene d'Arsonval w roku 1882. Od tego czasu jego pojemność ruchowa wzrosła, a niektóre nowoczesne modele mogą mierzyć do 20 000 woltów.

Operacja

Woltomierz to galwanometr zmodyfikowany w celu zmierzenia różnicy potencjałów między dwoma punktami obwodu lub serii.

Galwanometr to instrument stworzony przez Jacques-Arsene d'Arsonval, który polega na umieszczeniu zwiniętych przewodów w stałym polu magnetycznym, które jest następnie sprzężone ze sprężyną i skalibrowanym pokrętłem.

Galwanometr

Można również zmodyfikować galwanometr, aby stał się amperomierzem, który służy do pomiaru większych prądów.

Ale gdy ten instrument jest używany do pomiaru napięcia, galwanometr przekształcony w woltomierz jest połączony równolegle z obszarem, który mierzy.

Ponieważ woltomierz musi być podłączony do obwodu równoległego, musi być skonstruowany w sposób zapewniający wysoką rezystancję.

W obwodzie prąd zawsze podąża ścieżką najmniejszego oporu. Podczas pomiaru różnicy potencjałów w dowolnej części obwodu ważne jest, aby zmienić tę część w możliwie najmniejszym stopniu podczas wykonywania pomiarów.

Początek woltomierza

Ogólna zasada działania woltomierza polega na tym, że musi on być połączony równolegle z obiektem, w którym chcesz zmierzyć napięcie.

Połączenie równoległe jest używane, ponieważ woltomierz jest zbudowany tak, aby mieć wysoką wartość rezystancji.

W ten sposób, jeśli ta wysoka rezystancja jest połączona szeregowo, przepływ prądu będzie prawie zerowy; oznacza to, że obwód został otwarty.

Wiadomo również, że w obwodzie równoległym napięcie jest takie samo, więc napięcie między woltomierzem a obciążeniem jest prawie takie samo.

Teoretycznie dla idealnego woltomierza powinieneś mieć rezystancję w nieskończoności, aby przyciągany prąd wynosił zero; w ten sposób nie ma utraty mocy w instrumencie.

Ale jest to praktycznie niemożliwe, ponieważ nie można mieć materiału o nieskończonym oporze.

Praktyczne zastosowania

Woltomierze pozwalają bezpiecznie zmierzyć napięcie lub różnicę potencjału elektrycznego między dwoma punktami obwodu, a jednocześnie nie zmieniają napięcia tego obwodu.

Zdolność do mierzenia napięcia ma kluczowe znaczenie w projektowaniu i obsłudze zaawansowanych technologii, ale ma również inne zastosowania.

Na przykład, chcesz włączyć wentylator, ale kiedy go podłączasz i włączasz, nic się nie dzieje. Chociaż wentylator może być uszkodzony, gniazdo ścienne może nie być zasilane.

Woltomierz może być użyty do pomiaru napięcia wtyczki; jeśli nie wynosi około 120 V, wtyczka może zostać uszkodzona.

Innym zastosowaniem jest określenie, czy bateria jest naładowana lub rozładowana. Gdy samochód nie uruchamia się, można zmierzyć napięcie akumulatora za pomocą woltomierza, aby sprawdzić, czy problem występuje.

Napięcie jest wykorzystywane w wielu zastosowaniach codziennego życia. Linie elektroenergetyczne przenoszą moc na kilku wysokich poziomach napięcia, od setek do tysięcy woltów, które są większe niż 120 V od zwykłych gniazdek ściennych.

Urządzenia elektroniczne (takie jak komputery) wymagają precyzyjnej kontroli napięcia, ale działają tylko przy kilku woltach i mogą być czułe nawet na małe zmiany napięcia.

Istnieją różne typy woltomierzy do tych różnych zastosowań.

Typy

Zgodnie z zasadą budowy istnieją różne typy woltomierzy. Można je głównie podzielić na:

1. Żelazny woltomierz (MI).
2. Elektrodynamometr typu woltomierzowego.
3. Woltomierz indukcyjny.
4. Woltomierz elektrostatyczny
5. Cyfrowy woltomierz (DVM).
6. Woltomierz z magnesami trwałymi (PMMC).
7. Woltomierz prostownika.

Woltomierze wykonane do pomiaru wysokich i niebezpiecznych napięć (takich jak linie przesyłowe) mają dodatkową izolację między punktami testowymi a użytkownikiem, aby zapobiec porażeniu prądem.

Inne woltomierze są przeznaczone do pomiaru niskiego napięcia w małych obiektach, takich jak chipy komputerowe, z ogromną precyzją.

Woltomierze używane w tych przypadkach mogą być bardzo małe i mają na celu wyeliminowanie lub zminimalizowanie szumu potencjalnych różnic, które naturalnie występują w środowisku lub pochodzą z pobliskich urządzeń elektronicznych.

Najpopularniejszym woltomierzem jest urządzenie ręczne z ekranem i dwoma kablami elektronicznymi. Przewody te są podłączone do dwóch punktów w obwodzie, a poziom napięcia jest wyświetlany na ekranie.