Voltmetro

Voltmetroa zirkuitu elektriko baten pi punturen arteko potentzial diferentzia edo tentsioa neurtzen duen gailu bat da. Izena tentsioa neurtzen duen unitatetik -Volt- datorkio.

Voltmetro analogikoek tentsioaren balioa eskala kalibratu baten gainean mugitzen den orratz baten bidez erakusten dute. Voltmetro digitalek irakurritako balioa zenbakietan erakusten dute bistaratze-pantaila baten.

Mota askotako voltmetroak egiten dira. Paneletan era iraunkorrean muntatutako neurgailuak sorgailu eta beste tresna finko batzuk monitorizatzeko erabiltzen dira. Neurgailu eramangarriak, askotan korrontea eta erresistentzia ere neurtu ditzaketen multimetroetan integratuak, elektrizitate eta elektronika lanetan test neurgailu estandarrak dira. Tentsioan bihurtu daitekeen edozein neurri era egokian kalibratutako neurgailu baten ikusi ahal izango da; adibidez, presioa, tenperatura, edo produktu kimikoen fabrika bateko maila eta emariak.

Erabilpen orokorreko voltmetro analogikoek eskala osoaren ehuneko gutxi batzuetako zehaztasuna izan dezakete, eta volt frakzio batetik hasita hainbat milaka volt neurtzeraino heldu daitezke. Voltmetro digitalek zehaztasun handiagoa izaten dute, %1eko baino zehaztasun hobeagoak ohikoak direlarik. Bereziki kalibratutako neurgailuek zehaztasun handiagoak dituzte, laborategietako neurgailu batzuk milioiko parte gutxi batzuetako zehaztasuna izan ditzaketelarik. Anplifikagailuak erabiltzen dituzten neurgailuek tentsio oso txikiak neurtu ditzakete, mikrovoltetakoak edo txikiagoak.

Voltmetro zehatzak egiteko arazo bat zehaztasuna aztertuko duen gailuaren kalibrazioa da. Laborategietan Weston Zelda erabiltzen da lan zehatzetarako tentsio estandar bezala. Zirkuitu elektronikoetan oinarritutako tentsio erreferentzia zehatzak era badaude eskuragarri.

Bobina mugikorreko galbanometro bat seriean konektatutako erresistentzia batekin voltmetro bezala erabili daiteke. Galbanometroak hari mehedun bobina bat dauka, eremu magnetiko sendo baten esekita. Korronte elektriko batek bobina zeharkatzerakoan, bobinaren eta iman egonkorraren eremu magnetikoen arteko elkarrekintzak indar momentu bat sortzen du, eta bobinak biratzeko joera agertzen du. Indar momentua bobina zeharkatzen duen korrontearekiko proportzionala da. Bobina biratu egiten da, malguki batek errotazioaren aurka egiten duen indarra gaindituta. Bobinaren deflexioa korrontearekiko proportzionala da, era berean korrontea tentsioarekiko proportzionala delarik, eta honela bobinari loturiko orratz batek tentsioaren balioa erakusten du kalibratutako eskala baten.

Neurgailua diseinatzerakoan helburu bat neurketa egingo den zirkuitu elektrikoan ahalik eta aldaketa txikiena eragitea da, eta beraz neurgailuak ahalik eta korronte txikiena erabili beharko luke funtzionatzeko. Hau galbanometro sentsible batekin eta seriean konektatutako balio handidun erresistentzia batekin lortzen da.

Honelako neurgailu baten sentsibilitatea ohm volteko-tan adierazi daiteke, neurgailuaren zirkuituko erresistentziaren ohm kopurua eskala osoaren volt kopuruagatik zatitua. Adibidez, 1000 ohm-volteko sentsibilitatea duen neurgailu batek 1 miliampere desbideratuko luke zirkuitutik eskala osoan. Eskala osoa 200 voltekoa balitz, neurgailuaren terminalen arteko erresistentzia 200.000 ohmekoa litzateke. Hainbat neurketa maila dituzten neurgailuetan, sarrerako erresistentzia aldatu egiten da neurketa maila bakoitzerako.

Bobina mugikor eta iman egonkordun neurgailuak korronte zuzena bakarrik neurtzen dute. Korronte alternoa neurtzeko zirkuituan artezgailu bat gehitu behar da, bobinaren deflexioa norantza batekoa bakarrik izan dadin. Zeroa eskala erdian duten bobina mugikorreko neurgailuak ere egiten dira; hauek polaritate biak eduki ditzakeen tentsioak neurtzeko erabilgarriak dira.

Printzipio elektrostatikoan oinarritzen diren voltmetroek kargatutako plaka biren arteko aldaratze indarra erabiltzen dute malguki bati lotutako orratza mugitzeko. Mota hauetako neurgailuek desbideratzen duten korrontea mespretxagarria da, baina 100 volt ingurutik gorako tentsioekin dira sentsibleak. Korronte zuzen zein alternoak neurtzen dituzte.

Voltmetro baten sentsibilitate eta barne-erresistentzia handitu egin daitezke, neurgailuaren orratza mugitzeko behar den korrontea zuzenean zirkuitutik bertatik hartu beharrean, anplifikadore eta elikatze-iturri baten bitartez hartzen bada. Sarrera eta neurgailuaren artean anplifikadore bat jartzeak abantaila bi ditu; bobina mugikorreko neurgailu gogor bat erabili daiteke, ez delako sentsibilitate handiegia behar, eta sarrerako erresistentzia handitu daiteke, zirkuitutik desbideratuko den korronte kopurua gutxituz. Voltmetro anplifikatuek 1, 10 edo 20 megaohmeko erresistentziak dituzte askotan, hautatutako neurketa mailaren menpekotasunik gabe.

Anplifikazio zirkuituan huts hodiak erabiltzen zituzten neurgailuak -huts-hodiko voltmetroak, VTVM- hedatuak egon ziren bere egunean. Hauek ia beti hornidura elektrikoko korronte alternoaz elikatzen ziren, eta beraz ez ziren oso eramangarriak.

Gaur egun anplifikazio zirkuituak egoera-solidoko anplifikagailuekin egiten dira, eremu-efektuko transistoreak erabiliz -FET-volmetroak , FET-VM-, eta eskuko multimetroetan zein mahaigaineko eta laborategiko neurgailuetan aurkitu daitezke. Hauen erabilpena asko hedatu da eta neurri handian anplifikatu gabeko multimetroen tokia hartu dute, modelo merkeenetan izan ezik.

Huts-hodiko voltmetro eta FET-voltmetro gehienek korronte zuzeneko tentsioak, korronte alternoko tentsioak eta erresistentziak neurtzen dituzte; FET-voltmetro modernoek korrontea ere neurtzen dute, eta askotan beste funtzio batzuk ere badituzte. Huts-hodiko voltmetro edo FET-voltmetro mota berezi bat korronte alternoko voltmetroa da. Neurgailu hau korronte alternoko tentsioak neurtzeko optimizatu da, eta funtzio anitzeko gailu batek baino banda zabalera askoz handiagoa eta sentsibilitate hobeak ditu.

Volmetro digitalak tentsio balio ezezagun bat balio digitalean bihurtu eta balio hau zenbakitan erakusten du pantaila baten. Voltmetro digitalek orokorrean bihurgailu analogiko/digital integratzaile deituriko bihurgailu analogiko/digital berezi bat erabiltzen dute.

Voltmetro digitalen zehaztasuna hainbat faktoreren menpean dago, tartean tenperatura, sarrera inpedantzia, eta voltmetroaren elikatze-iturriaren tentsio aldaketak. Voltmetro merkeek askotan 10 MΩeko sarrera erresistentzia izaten dute, eta sarrera tentsio maila bakoitzerako erresistentzia desberdinak eduki ditzake. Zehaztasunezko voltmetro digitalek 1 GΩ edo gehiagoko sarrera erresistentzia izan dezakete. Voltmetro digitalaren zehaztasuna fabrikatzaileak emandako perdoi barruan dagoela ziurtatzeko, tentsio erreferentzia batekin kalibratu beharko da periodikoki, Weston zelda batekin adibidez.

Zirkuitu elektriko bateko puntu biren artean dagoen potentzial diferentzia neurtzeko, voltmetroa puntu hauetan paraleloan konektatzen da. Beraz, voltmetroak ahalik eta barne erresistentzia handiena eduki beharko du, ez dezan aintzat hartzeko kontsumorik eduki, honek neurketa errorea sortuko bailuke.

Hau lortzeko, korronte elektrikoak sortutako eremu magnetikoan oinarritzen diren neurgailuek hari oso mehedun eta espira ugaridun bobinak erabiltzen dituzte, honela korronte txikiarekin orratza mugitzeko beharrezko indar momentua lortzen delarik.

Gaur egungo neurgailu digitalek, isolamendu zirkuitu konplexuen bitartez, voltmetro funtzioak isolamendu ezaugarri nahiko altuekin betetzen dituzte.

Irudian voltmetro (V) bat ikusten da, potentzial diferentzia neurtu nahi den zirkuitu bateko a eta b puntuen artean konektatuta.

Kasu batzuetan, neurgailuaren bobina eta parte mekanikoek jasango lituzkeenak baino tentsio handiagoak neurtzeko, edo zirkuitu elektronikoek jasango lituzketen baino tentsio handiagoak neurtzeko voltmetro digitalak direnean, voltmetroarekin seriean balio handidun erresistentzia bat jartzen da, honela voltmetroak tentsio osoaren parte bat bakarrik jasango duelarik.

Eskala mailaren biderketa lortzeko behar den erresistentziaren balioaren kalkulua hurrengo formularekin egiten da:

${\displaystyle R_{\mbox{a}}=R_{\mbox{v}}(N-1)\,}$,

non N biderketa-faktorea den (N≠1)
R_a voltmetroaren neurketa maila handituko duen erresistentzia den
R_v voltmetroaren barne-erresistentzia den