Voltmeter

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi

Et voltmeter er et apparat som brukes til å måle elektrisk spenning.

[rediger] Likespenning

Det enkleste voltmetret måler høyere spenninger og kalles et elektroskop. Funksjonen baserer seg på at like ladninger frastøter hverandre. En svært lett viser blir slik utsatt for en kraft proposjonal til ladningen som spenningen setter opp. Elektroskopet trenger ingen målestrøm.

Et annet enkelt voltmeter baserer seg på et potentiometer i en målebro. En kjent spenning tilføres potentiometret, som består av en motstand med et fritt innstillbart tappepunkt. Spenningen fra tappepunktet sammenlignes med målespenningen ved hjelp av en nulldetektor i målebroen. Tappepunktet flyttes slik at brospenningen blir 0 V, og ut fra tappepunktets posisjon kan spenningen beregnes. Den kjente spenningen må være høyere enn målespenningen.

Et annet, svært praktisk, voltmeter baserer seg på dreiespoleinstrumentet, som i prinsippet er en strømmåler. For å måle spenning settes en motstand med passende verdi i serie med dreiespoleinstrumentet. Når motstandsverdien er kjent kan spenningen leses av som utslaget på dreieinstrumentet. Skalaen er da tilpasset seriemotstandens verdi.

Voltmeter er også ett av instrumentene som inngår i et digitalt multimeter, som vist på bildet. Det finnes også digitale voltmetre uten andre oppgaver.

De fleste voltmetre trenger energi for å flytte viseren. Denne energien kan tas fra målespenningen. Slik belaster måleinstrumentet spenningen som skal måles. For voltmetre som baserer seg på dreiespoleinstrumentet økes motstandsverdien for høyere spenningsområder. Målestrømmen for fullt utslag er alltid den samme, men blir oftest ikke angitt. I stedet brukes den inverse verdien Ohm per Volt (per Volt full-skala er underforstått) for å karakterisere instrumentets belastning av spenningen som skal måles. 20 kOhm per V er en vanlig verdi.

For ikke å belaste måleobjektet har elektroniske forsterkere vært i bruk siden trioden ble oppfunnet og forsterkere kunne bygges. Ved hjelp av forsterkere kunne også svært små spenninger måles.

Digitale instrumenter utnytter på dette viset elektronikk for avtasting av målespenningen og tilbyr derfor oftest en fast verdi på 10 eller 11 MOhm belastning, uavhengig av det valgte måleområdet.

[rediger] Vekselspenning

Måling av vekselspenning oppviser en prinsipiell utfordring. Saken er at med vekselspenning menes effektivverdien (eng: RMS-verdien) hvis ikke annet er sagt. Effektivverdien av en vekselspenning er per definisjon en likespenningsverdi som ville tilført en resistans den samme energien som vekselspenningen gjør. Det er stort sett denne verdien vi vil vite ved å måle. Problemet består i at både dreiespoleinstrumentet og de vanlige digitale instrumentene reagerer på gjennomsnittsverdien av (den likerettede) vekselspenningen. For et sinussignal med 1 V amplitude (maksimalverdi) er effektivverdien mens gjennomsnittsverdien er .

Den praktiske løsningen har vært å forfalske skalaen til instrumentet og angi effektivverdien i stedet for gjennomsnittsverdien, eller i digitalinstrumenter å vise en for høy verdi (0.7071/0.6366 = 1.111 ganger for mye). Denne omkalibreringen virker utmerket for sinussignaler, mens signaler med andre former får angitt forfalskede verdier. Hvor forskjellig signalet er fra en sinusform angis av den såkalte crestfaktoren (spisshetsfaktoren kunne den kalles på norsk) som er definert som forholdet mellom maksimalverdien og effektivverdien. For sinussignaler er crestfaktoren .

For å måle den virkelige RMS- eller effektivverdien må signalet gjennom prosessen som bokstavene RMS antyder: 1) kvadrering 2) midling (av kvadratverdiene) 3) kvadratrottrekking av midlet. Dette kan gjøres både analogt eller digitalt, men det er komplisert, er altså dyrt. Instrumenter som er i stand til å gjennomføre slike målinger er gjerne skiltet med "True RMS" (= "Sann RMS").

[rediger] Spenninger som endrer seg

Dreiespoleinstrumentet er lettere å lese eller forstå enn digitalinstrumenter der spenningen stadig endrer verdi. Hvis spenningsendringer skjer hurtig kan viseren til et dreiespoleinstrument heller ikke henge med. En er da henvist til et oscilloskop for å visualisere spenningen over tid.

Det finnes naurligvis et utall andre voltmetre for spesielle anvendelser.

Presisjonen til et voltmeter er den faktoren som helst bestemmer prisen.