Voltmetru

Voltmetrul este un aparat electric de măsură folosit pentru măsurarea tensiunilor în circuitele electrice. Voltmetrele clasice sunt compuse din dispozitive de măsură propriu-zise, alături de care pentru extinderea domeniului de măsură sau/și divizarea în game de măsură sunt incluse în construcție rezistențe adiționale și divizoare de tensiune.

Voltmetre electronice analogice

În prezent voltmetrele electronice analogice (cu ac indicator) nu se mai fabrică, locul lor fiid luat aproape în totalitate de către voltmetrele digitale (numerice), cele analogice găsindu-se încă în număr mare atât în tehnica de laborator cât și în instrumentația industrială mai veche.

Caracteristici de bază ale voltmetrelor electronice

Voltmetrele electronice au sensibilitate mult mai mare decât voltmetrele electromecanice datorită rezistenței lor de intrare mult mai mari, dar sunt mai complicate și(uneori) mai vulnerabile la perturbații electromagnetice. În literatura de prezentare (prospect) caracteristicile voltmetrelor sunt clasificate în: caracteristici de intrare, de transfer, de ieșire și caracteristici generale.

Caracteristici de intrare

a) Rejecția semnalelor parazite Tensiunile parazite de mod comun (Vcm) se combat prin mijloace de întrerupere a buclei de masă, sau prin utilizarea de intrări diferențiale. Tensiunile parazite de mod serie (Vms) se combat prin micșorarea la maxim a cuplajelor parazite, - inductive, capacitive și de filtrare. Tensiunile parazite captate prin blocul de alimentare. Acestea se datorează diverselor schimbări în regimul rețelei de forță cu consumatori de energie de putere mare (porniri de motoare, cuptoare electice de arc, actionări cu tiristoare etc.). Tensiunile parazite captate prin blocul de alimentare se combat prin filtru de rețea, transformator de alimentare ecranat și decuplări galvanice.

b) Tipuri de intrări la VE alimentate la rețea. După poziția electronică a carcasei AM (ecran exterior) precum și a altor ecrane interioare față de bornele între care se aplică Ux există intrări cu 2,3 sau 4 borne, fiecare cu avantajele și dezavantajele lor. Intrarea cu 2 borne(fig 1) Este cel mai simplu și cel mai economic sistem de intrare însă nu permite măsurari flotante(adică măsurari pe obiecte ce nu au punct de masă, cum este cazul măsurării tensiunii de colector la tranzistoare). Cu toate acestea, intrarea cu 2 borne este mult mai utilizată la VE, mai ales în RF (radiofrecvență), la osciloscoape și la generatoare de forme de semnal. Intrarea cu 3 borne(fig.2 a.). La aceasta, bornele de legatură sunt flotante, adică ambele borne de intrare pentru Ux sunt izolate Riz față de carcasa CM care este legată in pământ. Acest tip de intrare numita si intrare flotanta permite masurarea tensiunilor pe obiecte de masura OM ce nu au iesire la masă, fără a forma o buclă de masă. Intraea flotanta se intalneste in toate multimetrele numerice alimentate la retea,la indicatoarele de nul(electronice) pentru punti,la unele milivoltmetre analogice de mare sensibilitate la unele OC la unele generatoare de AF si la unele inregistratoare. Intrarea diferentiala(fig. 2 b.) Este tot o intrare cu 3 borne la care insa rejectarea lui Vmc se face prin scadere si nu prin intreruperea buclei de masa. De aceea,acest tip de intrare nu este otrivit pentru VE de laborator insa este bun pentru indicatoarele de nul si mai ales pentru AM din instrumentatia industriala unde de regula un AM lucreaza numai un singur OM. Fata de intrarea flotanta intrarea diferentiala este mai simpla si mai ieftina si de aceea este preferata de instrumentatia industriala. Intrarea cu 4 borne sau intrarea cu borna de garda .La acesta in afara de bornele H si L exista si o a treia borna izolata - borna de garda (G).Insa intrarea cu 4 borne creste foarte mult pretul de cost si de aceeea asemenea intrare se utilizeaza numai la AM speciale ca electrometre de mare sensibilitate precum si la unele AM din instrumentatia industriala sau din radiocomunicatii.

c) Tensiuni nominale (game). Ca și in multimetrele pasive tensiunile nominale sunt in succesiunea 1,3,10,adica din 10 in 10 dB.

d) Impedanță de intrare. Spre deosebire de multimetrele pasive, la VE, impedanța de intrare este constantă și este mult mai mare.

Caracteristici de transfer

Din rândul acestora se examinează aici sensibilitarea, rezoluția, precizia și banda de frecvențe.

a) Sensibilitatea In ultimii ani,continutul acestei notiuni a fost trecut de la sensul initial:S=d/dX la cel de treapta de sensibilitate(gama) pentru ca in literatura de prospect actuala sa capete sensul de cea mai mica valoare de masurabila pe treapta cea mai sensibila.

b) Rezoluția Reprezintă cea mai mică fracțiune de măsurat care poate fi afișată pe scara gradată la un AM.Ca parametru cantitativ rezolutia se defineste numai pentru AM cu afisare discreta cum sunt afisarea numerica si cea analogica cu LED-uri.

c) Precizia In prezent,precizia de masurare a multimetrelor electronice se exprima prin doi termeni de eroare: a% de citire (ct+b%) din cap de scara (cs),adica (t=eroare totala) exprimare ce pare mai adecvata decat cea bazata pe un indice de clasa unic. Termenul a% ctprovine din erori sistematice ca: neconcordanța dintre treptele de sensibilitate, modificarea amplificarii, toleranța la montarea scarii gradate etc.(fig.3a) Termenul b% cs provine din erori intamplatoare si erori maximale ca:frecarea in lagare la instrumentul de iesire,deriva termica,curentii de decalaj,zgomote intriseci si exterioare etc.(fig 3a)

Caracteristici de ieșire

Din rândul acestor caracteristici se examinează tipul de afișare și ieșirea de semnal.

a) Tipuri de afișare analogică Afișarea analogică (deplasarea unui ac indicator in fata unei scari gradate)are avantajul ca permite operatorului sa-si dea seama rapid de tendinta de evolutie a mărimii de masurat (Ux) și dacă aceasta se afla in limitele normale (sau nu) pentru procesul controlat, lucru important mai ales cand este vorba de instalații de măsura și control (din industrie, comunicații, avioane, vapoare etc.).In plus, afișarea analogică permite realizarea de AM cu scara neliniara ca,de exemplu,scara in dB mult utilizata in telecomunicații și in electrocaustică. Însă, afișarea analogică obligă pe operator să interpoleze,ceea ce duce la aparitia unei erori de citire si,de aceea,nu este potrivită pentru măsurători de precizie.In plus,in cazul multimetrelor(mai multe scari pe acelasi cadran)apare si riscul citirii mărimii măsurate pe o alta scara decat cea corespunzatoare. Performanțe și limite la afișarea cu ac indicator.Acest tip de afisare este foarte simplu(cel mai simplu si cel mai vechi),are consum foarte redus (sub 1 mA) insă prezintă erori de paralaxa ,este perturbat electrostatic (acul) iar instrumentul respectiv nu poate funcționa decât într-o singură poziție (verticală, orizontală etc.) stabila si are robustețe redusă la socuri mecanice si vibrații.

Afișarea cu LED-uri.Este de dată mai recentă și, față de cea cu ac indicator, prezinta unele avantaje importante: nu are parte mecanica mobilă, are geometrie rectilinie, nu depinde de pozitia de functionare si nici de socuri mecanice si vibratii, nu este perturbată electrostatic este lipsita de erori de paralaxă, are viteză mare de răspuns si dimensiuni totale mult mai reduse decat la afișarea cu ac indicator, însă este mai scumpă, are consum propriu mult mai mare, iar mecanismul de măsura este mai complicat și adesea mai scump.

b)Ieșirea de semnal. Ieșirea de semnal la voltmetrele electronice permite conectarea simultană a unui înregistrator sau utilizarea VE numai ca amplificator, adică extinderea de posibilităților de utilizare a unui VE. Tensiunea pe borna IS (tipică 100mV) se specifică în prospectul de prezentare al aparatului respectiv.

Voltmetre electronice de c.c.

Scurt istoric

Voltmetrele electronice de curent continuu (VEC) construite până în anii 1970, sunt de tipul: cu punte de triode sau cu tranzistoare cu efect de camp. Ambele variante constructive, oferă o rezistență de intrare suficient de bună, dar necesita reglaj de zero electric și au sensibilitate redusă; de aceea aceste tipuri de fabricare au fost părăsite complet în favoarea celor cu amplificatoare operaționale integrate. Acestea asigura o rezistență la fel de bună și in plus au o sensibilitate mult mai mare cum și o precizie mai bună.

Milivoltmetre electronice de c.c.

Sunt alcătuite pe baza unuia sau mai multor amplificatoare operaționale, AO, conectate între ele în așa fel, încât să permită amplificarea lui Ux, tensiunea de măsurat, cât și realizarea unei impedanțe de intrare mari.

Legături externe

• ro Voltmetrul, structură și principiu de funcționare - www.circuiteelectrice.ro
• ro Măsurarea căderii de tensiune cu ajutorul voltmetrului - www.circuiteelectrice.ro