Кіріспе
Кернеуді өлшеуге арналған аспап. Вольтметр – электр тізбегіндегі екі нүкте арасындағы электр потенциалының айырмасын өлшеуге арналған аспап. Ол параллель қосылады. Әдетте, оның кедергісі жоғары болады, сондықтан тізбектен өте аз ток алады. Аналогты вольтметрлер өлшенген кернеуге пропорционалды түрде көрсеткішті масштаб бойынша қозғалтады және галванометр мен тізбекті резистордан құрастырылуы мүмкін. Күшейткіштерді қолданатын өлшегіштер микровольт немесе одан да төмен шағын кернеулерді өлшеуге қабілетті. Цифрлық вольтметрлер аналог-цифрлық түрлендіргіш арқылы кернеудің сандық дисплейін көрсетеді. Вольтметрлер әртүрлі конструкцияларда жасалады, кейбіреулері жеке қуаттандырылады (мысалы, батарея арқылы), ал басқалары өлшенген кернеу көзінен қуат алады. Генераторларды немесе басқа да бекітілген құралдарды бақылау үшін панельге бекітілген аспаптар қолданылады. Әдетте ток пен кедергіні мультиметр түрінде өлшеуге жабдықталған портативті аспаптар электр және электроника саласында қолданылатын стандартты сынақ аспаптары болып табылады. Кернеуге түрлендірілетін кез келген өлшем тиісті калибрленген өлшегіште көрсетілуі мүмкін; мысалы, химиялық өндіріс орнындағы қысым, температура, ағын немесе деңгей. Жалпы мақсаттағы аналогты вольтметрлердің дәлдігі толық масштабтың бірнеше пайызын құрауы мүмкін және олар вольттың бір бөлігінен бірнеше мың вольтқа дейінгі кернеулермен қолданылады. Цифрлық өлшегіштер жоғары дәлдікпен жасалуы мүмкін, әдетте 1%-дан жақсы. Арнайы калибрленген сынақ аспаптары жоғары дәлдікке ие, ал зертханалық аспаптар миллионнан бірнеше бөлікке дейін дәлдікпен өлшеуге қабілетті. Дәл вольтметр жасаудың бір бөлігі – оның дәлдігін тексеру үшін калибрлеу. Зертханаларда Вестон батареясы дәлдік жұмыстарында стандартты кернеу ретінде қолданылады. Электрондық тізбектерге негізделген нақты кернеу анықтамалары бар.
A voltmeter is an instrument used for measuring electric potential difference between two points in an electric circuit. It is connected in parallel. It usually has a high resistance so that it takes negligible current from the circuit. Analog voltmeters move a pointer across a scale in proportion to the voltage measured and can be built from a galvanometer and series resistor. Meters using amplifiers can measure tiny voltages of microvolts or less. Digital voltmeters give a numerical display of voltage by use of an analog to digital converter. Voltmeters are made in a wide range of styles, some separately powered (e. g. by battery), and others powered by the measured voltage source itself. Instruments permanently mounted in a panel are used to monitor generators or other fixed apparatus. Portable instruments, usually equipped to also measure current and resistance in the form of a multimeter are standard test instruments used in electrical and electronics work. Any measurement that can be converted to a voltage can be displayed on a meter that is suitably calibrated; for example, pressure, temperature, flow or level in a chemical process plant. General purpose analog voltmeters may have an accuracy of a few percent of full scale and are used with voltages from a fraction of a volt to several thousand volts. Digital meters can be made with high accuracy, typically better than 1%. Specially calibrated test instruments have higher accuracies, with laboratory instruments capable of measuring to accuracies of a few parts per million. Part of the problem of making an accurate voltmeter is that of calibration to check its accuracy. In laboratories, the Weston cell is used as a standard voltage for precision work. Precision voltage references are available based on electronic circuits.
Сұлбалық белгі
Схемалық суреттерде вольтметр шеңбер ішінде V әрпімен көрсетіледі, ал екі өлшеу нүктесін білдіретін екі сызықтан одан шығады.
Аналогты вольтметр
Жылжымалы катушкалы гальванометрді вольтметр ретінде пайдалану үшін аспапқа тізбектей резистор қосу қажет. Гальванометрде күшті магнит өрісінде ілінген жіңішке сымнан жасалған катушка болады. Электр тогы берілген кезде, катушканың магнит өрісі мен тұрақты магниттің өзара әрекеттесуі айналу моментін тудырады, ол катушканы айналдыруға талпынады. Айналу моменты катушка арқылы өтетін токқа пропорционал. Катушка айналып, айналуға қарсы кедеріс көрсетіп тұрған серіппеге қысым түсіреді. Осылайша, катушканың бұрылуы токқа пропорционал, ал ол өз кезегінде қолданылатын кернеуге пропорционал, және бұл кернеу шкала бойынша көрсеткішпен көрсетіледі. Аспапты жобалаудың мақсатының бірі – тізбекті мүмкіндігінше аз бұзғандықтан, аспап жұмыс істеу үшін минималды ток тұтынуы керек. Бұл сезімтал гальванометрді жоғары кедергісі бар резистормен тізбектей қосу арқылы қол жеткізіледі, содан кейін бүкіл аспап тексеріліп жатқан тізбекке параллель қосылады. Мұндай вольтметрдің сезімталдығы "вольтқа ома" ретінде беріледі, яғни вольтметр тізбегіндегі кедергінің мәні толық шкала бойынша өлшенген мәнге бөлінеді. Мысалы, сезімталдығы 1000 ома/вольт вольтметр толық шкалалық кернеуде 1 миллиампер ток тұтынады; егер толық шкала 200 вольт болса, аспаптың қосқыштарындағы кедергі 200000 ома болады және толық шкала кезінде вольтметр сыналып жатқан тізбектен 1 миллиампер ток алады. Көп диапазонды вольтметрлер үшін кіріс кедергісі аспаптың әртүрлі диапазонға ауысқанда өзгереді. Тұрақты магнит өрісі бар жылжымалы катушкалы вольтметрлер тек тұрақты токқа ғана жауап береді. Көкейкес ток кернеуін өлшеу үшін тізбекте ток бағытын өзгертетін түзеткіш қажет, сонда катушка тек бір бағытта бұрылады. Кейбір жылжымалы катушкалы вольтметрлер шкаланың бір шетінде емес, ортасында нөлдік көрсеткішке ие болады; мұндай вольтметрлер кернеудің полярлігі өзгерген кезде пайдалы. Электростатикалық принцип бойынша жұмыс істейтін вольтметрлер серіппеге бекітілген көрсеткішті бұру үшін екі зарядталған пластина арасындағы өзара тебілуді пайдаланады. Бұл типтегі вольтметрлер өте аз ток тұтынады, бірақ шамамен 100 вольттан жоғары кернеуге сезімтал және көкейкес немесе тұрақты токпен жұмыс істей алады.
Күшейткіш вольтметр
Егер вольтметрдің көрсеткішін бұруға қажетті ток, сыналып жатқан тізбек арқылы емес, күшейткіш пен қуат көзі арқылы берілсе, вольтметрдің сезімталдығы мен кіріс кедергісін арттыруға болады. Кіріс және өлшегіш арасындағы электрондық күшейткіш екі пайда береді; оның сезімталдығы жоғары болмауы керек болғандықтан, берік қозғалмалы катушкалы құралды пайдалануға болады, сондай-ақ кіріс кедергісін жоғары етуге болады, бұл сыналып жатқан тізбектен алынатын токты азайтады. Күшейткіш вольтметрлер көбінесе таңдалған диапазонға тәуелсіз 1, 10 немесе 20 мегольмдік кіріс кедергісіне ие. Бұрын кең таралған осы құралдың бір түрі күшейткіш тізбегінде вакуумдық түтіктерді пайдаланғандықтан, вакуумдық түтік вольтметрі (VTVM) деп аталды. Олар көбінесе жергілікті айнымалы ток желісімен қуаттандырылатын, сондықтан олар аса портативті емес еді. Бүгінде бұл тізбектерде өрістік эффект транзисторларын пайдаланатын қатты күйдегі күшейткіштер қолданылады, сондықтан FET VM деп аталады, және қолға ұсталатын сандық мультиметрлерде, сондай-ақ үстел және зертханалық құралдарда кездеседі. Бұл құралдар ең төмен баға диапазонынан басқа, күшейткішсіз мультиметрлерді толығымен ығыстырды. Көптеген VTVM және FET VM тұрақты ток кернеуін, айнымалы ток кернеуін және кедергі өлшеулерін жүзеге асырады; қазіргі FET VM-дер ток өлшеулерін және басқа да функцияларды қосады. VTVM немесе FET VM-нің арнайы түрі – айнымалы ток вольтметрі. Бұл құралдар айнымалы ток кернеуін өлшеуге бағытталған. Олардың жолақтық ені әлдеқайда кең және сезімталдығы әдеттегі көп функциялы құрылғыларға қарағанда жоғары.
Цифрлық вольтметр
Цифрлық вольтметр (DVM) белгісіз кіріс кернеуін кернеуді цифрлық мәнге түрлендіру арқылы өлшейді, содан кейін кернеуді сандық түрде дисплейде көрсетеді. DVM әдетте интеграциялық түрлендіргіш деп аталатын аналогты-цифрлық түрлендіргіштің арнайы түріне негізделген болады. DVM өлшеуінің дәлдігіне температура, кіріс кедергісі және DVM қуат көзі кернеуінің өзгеруі сияқты көптеген факторлар әсер етеді. Төмен қымбатты DVM-дерде кіріс кедергісі шамамен 10 МΩ болады. Жоғары дәлдікті DVM-дер төменгі кернеу диапазондарында (мысалы, 20 В-тан төмен) 1 ГΩ немесе одан да жоғары кіріс кедергісіне ие болуы мүмкін. DVM-нің дәлдігі өндірушінің көрсеткен толеранттылық шегінде болуын қамтамасыз ету үшін, оны Уэстон ұясы сияқты кернеу стандартымен мерзімді түрде калибрлеу қажет. Бірінші цифрлық вольтметрді 1954 жылы Non Linear Systems компаниясының Эндрю Кей (кейін Kaypro компаниясын құрған) ойлап тапты және өндірді. Жақсырақ айтқанда, қарапайым АЖ вольтметрлері толқынның орташа мәніне жауап беретін түзеткішті АЖ өлшеу тізбегіне қосып қолданады. Метрді түзетілген толқынның орташа мәні мен RMS мәні арасындағы белгілі бір қатынасты ескере отырып, толқынның тиімді квадраттық мәнін көрсету үшін калибрлеуге болады. Егер толқын формасы калибрлеудегі синусоидалық толқыннан айтарлықтай өзгеше болса, метрдің көрсеткіші дұрыс болмайды, бірақ қарапайым толқын формалары үшін оқуды тұрақты коэффициентке көбейту арқылы түзетуге болады. Алғашқы "шын RMS" тізбектері толқынның RMS мәніне ғана жауап беретін жылу түрлендіргішін пайдаланды. Қазіргі заманғы құралдар кіріс мәнінің квадратын электронды түрде есептеу, орташа мәнін алу және содан кейін мәннің квадрат түбірін есептеу арқылы RMS мәнін есептейді. Бұл әртүрлі толқын формалары үшін RMS-ті дәл өлшеуге мүмкіндік береді.