Voltmeter Dan Cara pembuatan Voltmeter

Voltmeters adalah alat yang digunakan untuk mengukur perbedaan potensial antara dua titik di sebuah rangkaian. Voltmeter dihubungkan secara paralel dengan elemen yang akan diukur. Pada volt meter arus searah atau DC volt meter tahanan shunt atau shunt resistor dipasang seri dengan kumparan putar magnet permanen (permanent magnet moving coil) PMMC yang berfungsi sebagai pengali (multiplier).

1. Rangkaian Pembuatan Voltmeter

Banyaknya Gerakan meter jarum menandakan alat tersebut sensitif. Beberapa gerakan D'Arsonval memiliki arus pemyimpang skala penuh sedikitnya 50 μA, dengan resistansi gulungan kawat (internal) kurang dari 1000 Ω. Hal ini membuat voltmeter hanya mempunyai  skala penuh hingga 50 milivolt (50 μA X 1000 Ω). Untuk membangun voltmeter dengan skala praktis (tegangan tinggi) dari pergerakan sensitif skala, kita perlu menemukan beberapa cara untuk mengurangi kuantitas voltase .

Sebagai contoh dengan sebuah pergerakan meter D'Arsonval yang memiliki nilai defleksi/penyimpangan skala penuh 1 mA dan resistansi coil 500 Ω:

Dengan menggunakan Hukum Ohm (V = IR), kita dapat menentukan berapa tegangan yang akan membuat gerakan meter ini secara langsung hingga ke skala penuh:

V = IR

V = (1 mA) (500 Ω)

V = 0,5 volt

Jika kita ingin mengukur rangkain/ sumber dengan sebuah tegangan maksimal 0.5 volt, maka alat ini sudah cukup. Tapi untuk mengukur tingkat tegangan yang lebih tinggi, maka ada lagi yang dibutuhkan. Untuk mendapatkan rentang voltmeter meter yang dapat mengukur lebih dari 0.5 volt, maka kita perlu merancang rangkian yang memungkinkan dengan memperhatikan perbandingan yang teliti dengan tegangan jatuh pada teganagn yang lebih tinggi dari sebelumnya. Ini akan memperluoas jangkauan gerakan meter ke voltase yang lebih tinggi. 

Tapi bagaimana kita menciptakan sirkuit proporsional yang diperlukan? Nah, jika berniat mengukur voltase yang lebih besar daripada yang dilakukannya sekarang yaitu 0.5volt, yang kita butuhkan adalah rangkaian pembagi tegangan dengan proporsi voltase terukur total menjadi pecahan yang lebih rendah di titik koneksi gerakan meter. Mengetahui bahwa sirkuit pembagi tegangan dibangun dari resistansi seri , kita akan menghubungkan resistor secara seri dengan gerakan meter (menggunakan tahanan internal gerakan tersebut sebagai perlawanan kedua pada pembagi):

Resistor seri disebut resistor "Multiplier" karena mengalikan rentang kerja gerakan meter karena secara proporsional membagi voltase yang diukur melewatinya. Menentukan nilai resistansi pengali yang diperlukan adalah tugas yang mudah jika Anda terbiasa dengan analisis rangkaian seri.

Sebagai contoh, mari kita tentukan nilai pengganda yang diperlukan untuk membuat gerakan 1 mA, 500 Ω ini membaca secara tepat skala penuh pada voltase terapan 10 volt. Untuk melakukan ini, pertama kita perlu membuat tabel V / I / R untuk dua komponen seri:

Mengetahui bahwa pergerakan akan berada pada skala penuh dengan 1 mA arus yang melewatinya, dan bahwa kita menginginkan hal ini terjadi pada rangkaian rangkaian terapan (total series circuit) 10 volt, kita dapat mengisi tabel seperti:

Ada beberapa cara untuk menentukan nilai resistansi dari multiplier. Salah satu caranya adalah dengan menentukan resistansi rangkaian total dengan menggunakan Hukum Ohm di kolom "total" (R = E / I), maka kurangi 500 Ω gerakan untuk sampai pada nilai pengganda:

Cara lain untuk mengetahui nilai resistansi yang sama adalah menentukan penurunan voltase pada pergerakan pada defleksi skala penuh (E = IR), lalu kurangi penurunan voltase dari total yang sampai pada tegangan di resistor multiplier. Akhirnya, Hukum Ohm dapat digunakan lagi untuk menentukan resistansi (R = E / I) untuk pengganda:

maka memberikan jawaban yang sama (9,5 kΩ), dan satu metode dapat digunakan sebagai verifikasi untuk yang lain, untuk memeriksa ketepatan pekerjaan

Dengan tepat 10 volt yang diaplikasikan di antara lead test meter (dari beberapa power supply baterai atau presisi), akan ada tepat 1 mA arus melalui gerakan meter, yang dibatasi oleh resistor "pengganda" dan tahanan internal gerakan tersebut. Tepat 1/2 volt akan dilemparkan melintasi resistansi kumparan kawat gerakan itu, dan jarumnya akan mengarah tepat pada skala penuh. Setelah diberi label ulang skala untuk membaca dari 0 sampai 10 V (bukan 0 sampai 1 mA), siapa pun yang melihat skala akan menafsirkan indranya sebagai sepuluh volt. Harap perhatikan bahwa pengguna meter tidak harus sadar sama sekali bahwa gerakan itu sendiri sebenarnya mengukur hanya sepersekian dari sepuluh volt dari sumber eksternal. Yang penting bagi pengguna adalah bahwa keseluruhan rangkaian berfungsi secara akurat menampilkan total, tegangan yang diberikan.

Ini adalah bagaimana meter listrik praktis dirancang dan digunakan: gerakan meter sensitif dibangun agar beroperasi dengan voltase dan arus sesedikit mungkin untuk sensitivitas maksimum, maka "terbodoh" oleh rangkaian pembagi yang terbuat dari resistor presisi sehingga bisa menunjukkan skala penuh ketika voltase atau arus yang jauh lebih besar terkesan pada rangkaian secara keseluruhan. Kami telah memeriksa desain voltmeter sederhana disini. Ammeters mengikuti aturan umum yang sama, kecuali resistor "shunt" yang terhubung paralel digunakan untuk membuat rangkaian pembagi arus yang berlawanan dengan resistor pembagi " pembagi " rangkaian yang terhubung yang digunakan untuk desain voltmeter.

Umumnya, berguna untuk memiliki beberapa rentang yang ditetapkan untuk meter elektromekanik seperti ini, yang memungkinkannya untuk membaca berbagai voltase dengan mekanisme gerakan tunggal.Hal ini dilakukan melalui penggunaan switch multi-kutub dan beberapa resistor multiplier, masing-masing berukuran untuk rentang voltase tertentu:

Sakelar lima posisi membuat kontak hanya dengan satu resistor sekaligus. Di posisi bawah (searah searah jarum jam), itu membuat kontak tanpa resistor sama sekali, memberikan pengaturan "off". Setiap resistor berukuran untuk memberikan rentang skala penuh tertentu untuk voltmeter, semuanya berdasarkan nilai pergerakan meter tertentu (1 mA, 500 Ω). Hasil akhirnya adalah voltmeter dengan empat skala pengukuran skala penuh yang berbeda. Tentu, untuk membuat karya ini masuk akal, skala gerakan meter harus dilengkapi dengan label yang sesuai untuk setiap rentang.

Dengan desain meter seperti itu, masing-masing nilai resistor ditentukan oleh teknik yang sama, dengan menggunakan tegangan total yang diketahui, pergerakan nilai defleksi skala penuh, dan ketahanan gerakan. Untuk voltmeter dengan kisaran 1 volt, 10 volt, 100 volt, dan 1000 volt, maka resistance multiplier adalah sebagai berikut:

Perhatikan nilai resistor multiplier yang digunakan untuk rentang ini, dan seberapa anehnya. Hal ini sangat tidak mungkin bahwa resistor presisi 999,5 k resistor akan ditemukan di bagian bin, jadi perancang voltmeter sering memilih variasi dari desain di atas yang menggunakan nilai resistor yang lebih umum:

Dengan masing-masing rentang tegangan yang lebih tinggi, resistor pengali lebih banyak ditekan ke dalam layanan oleh sakelar pemilih, membuat resistansi seri mereka menambah total yang diperlukan.Misalnya, dengan saklar pemilih jarak diatur ke posisi 1000 volt, kita memerlukan nilai resistansi pengali total 999,5 kΩ. Dengan desain meter ini, itulah yang akan kita dapatkan:

R _Total = R ₄ + R ₃ + R ₂ + R ₁

R _Total = 900 kΩ + 90 kΩ + 9 kΩ + 500 Ω

R _Total = 999,5 kΩ

Keuntungannya, tentu saja, adalah bahwa nilai resistor multiplier individu lebih umum (900 k, 90k, 9k) daripada beberapa nilai ganjil pada desain pertama (999.5k, 99.5k, 9.5k). Dari perspektif pengguna meter, bagaimanapun, tidak akan ada perbedaan fungsi yang jelas.