Voltmeter - dies ist ein Gerät, das zur Messung der elektrischen Spannung verwendet wird. Dieses Gerät wird in der Elektrotechnik, Elektronik und anderen Bereichen der Wissenschaft und Technik weit verbreitet eingesetzt. Die Hauptfunktion eines Voltmeters besteht darin, die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten in einem elektrischen Stromkreis zu bestimmen.
Voltmeter können analog oder digital sein. Analoge Voltmeter haben eine Zeigelampe, die sich entlang der Skala bewegt und den Spannungswert anzeigt. Digitale Voltmeter haben ein digitales Display, auf dem der genaue Spannungswert angezeigt wird.
Das Voltmetergerät besteht aus mehreren Hauptkomponenten. Die Hauptkomponenten sind ein Spannungsteiler, ein Messwerkzeug und ein Anzeigesystem. Ein Spannungsteiler teilt die Eingangsspannung durch einen niedrigeren Wert auf, der dann vom Werkzeug gemessen wird. Die Messwerte des Instruments werden dann auf einer Skala oder einem digitalen Display angezeigt.
Das Messprinzip des Voltmeters basiert auf der Anwendung des ohmschen Gesetzes und dem Funktionsprinzip des Galvanometers. Ein Galvanometer ist eine mikroskopische Drahtspirale, die in einem Magnetfeld platziert ist. Wenn ein elektrischer Strom durch das Galvanometer fließt, bildet sich eine rotierende Spirale, die den Stromwert anzeigt. Zur Spannungsmessung wird das Galvanometer als Messfühler verwendet. Es wird parallel mit dem Widerstand verbunden, durch den der Strom fließt, und misst die Spannung mit einer Skala oder einem Display.
Das Prinzip der Spannungsmessung
Voltmeter können nach verschiedenen Messprinzipien arbeiten: elektromagnetische, elektrodynamische, elektrostatische, elektronische und andere. Die am häufigsten verwendeten sind Voltmeter, die auf dem elektronischen Messprinzip basieren.
Elektronische Voltmeter basieren auf der Verwendung von Operationsverstärkern und Analog-Digital-Wandlern (ADCs). Der Operationsverstärker verstärkt die Eingangsspannung und wandelt sie in ein Signal um, das dann in einen digitalen ADC-Code umgewandelt wird.
Das Voltmeter verwendet verschiedene Messschemata, um eine Wechsel- und Gleichspannung zu messen. Um eine konstante Spannung zu messen, wird das Voltmeter parallel zur Spannungsquelle angeschlossen. Dabei muss der Innenwiderstand des Voltmeters groß genug sein, um die gemessene Spannung nicht zu verzerren.
Um eine Wechselspannung zu messen, verwendet das Voltmeter zusätzliche Geräte wie Optokoppler oder Transistorschlüssel, mit denen Sie momentane Spannungswerte messen können. Danach wird durch Filterung und Verstärkung des vom Eingangssignal empfangenen Signals der durchschnittliche Spannungswert erzeugt.
In beiden Fällen zeigt das Voltmeter die gemessene Spannung auf seinem Display an. Einige Voltmeter verfügen über die Möglichkeit zusätzlicher Funktionen wie Widerstands- oder Strommessung.
Das Prinzip der Spannungsmessung mit einem Voltmeter besteht also darin, die gemessene Spannung mit der Referenzspannung zu vergleichen und sie in eine lesbare Form auf dem Display umzuwandeln.
Voltmeter und sein Gerät
- Das Messelement ist normalerweise ein Galvanometer, mit dem Sie die Spannung eines Wertes in den Winkel der Nadelabweichung umwandeln können.
- Skalierungssystem – die Skala, auf der der Spannungswert angezeigt wird. Oft ist die Skala in Volt oder Millivolt markiert.
- Externer Stromkreis - zum Anschluss des Voltmeters an den zu messenden Stromkreis.
- Trennkondensator - Um das Messelement vom Spannungskreis zu isolieren, um unerwünschte Wechselwirkungen zu vermeiden.
Bei der Spannungsmessung wird das Voltmeter parallel zum Messbereich des Stromkreises angeschlossen. Ein Messelement wie ein Galvanometer erzeugt eine elektrische Kraft, die proportional zur ihm zugeführten Spannung ist. Der Spannungswert wird durch den Winkel der Nadelabweichung des Galvanometers bestimmt, der auf dem skalierbaren Voltmetersystem angezeigt wird.
Möglichkeiten zur Spannungsmessung
Die gebräuchlichsten Methoden zur Spannungsmessung sind:
1. Verwendung analoger Voltmeter. Solche Voltmeter basieren auf der Umwandlung der Spannung in eine physikalische oder elektrische Wirkung, die dann mit einer Skala gemessen wird. Zum Beispiel basiert ein Voltmeter mit einem dynamischen Galvanometer auf der Messung des Magnetfeldes, das in einer Spule auftritt, wenn ein Strom durch sie fließt.
2. Verwenden Sie digitale Voltmeter. Solche Voltmeter wandeln die Eingangsspannung mithilfe eines Analog-Digital-Wandlers in einen digitalen Code um. Der resultierende Code wird dann in einen numerischen Spannungswert umgewandelt, der auf dem Display angezeigt wird. Digitale Voltmeter haben eine höhere Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit als analoge Voltmeter.
3. Multimeter verwenden. Multimeter sind universelle Messgeräte, die die Fähigkeiten eines Voltmeters, eines Ohmmeters und eines Amperemeters in sich vereinen. Sie ermöglichen die Messung von Spannung, Widerstand und Strom in verschiedenen Schaltungen und Geräten. Multimeter können sowohl analog als auch digital sein.
Jede dieser Methoden hat ihre eigenen Vor- und Nachteile, und die Wahl eines bestimmten Voltmetertyps hängt von der erforderlichen Messgenauigkeit, dem Preis und anderen Faktoren ab.
