DC Voltmeter

โวลต์มิเตอร์กระแสตรง (DC Voltmeter) ใช้หลักการเดียวกับเครื่องวัดกระแส นั่นคืออาศัยขดลวดเคลื่อนที่แบบ D’Arsonval (PMMC) เป็นส่วนประกอบสำคัญ วัดแรงดันสูงสุดได้เท่ากับ ImRm โวลต์ การขยายพิสัยการวัด ทำได้โดยต่อ Rs อนุกรมกับ D’Arsonval meter เพื่อทำให้สามารถวัดแรงดันได้สูงขึ้น และเป็นการจำกัด (limit) กระแสที่ไหลเข้าไปที่ D’Arsonval meter ไม่ให้มากเกินไป

โครงสร้างของ DC Voltmeter

ความไวของมิเตอร์ (Sensitivity ; S) เครื่องมือวัดที่มีความไวสูง จะวัดค่าได้แม่นยำกว่าเครื่องมือวัดที่มีความไวต่ำ หรือ โดยที่ - ความไวกระแสไฟฟ้า - กระแสไฟฟ้าที่ทำให้เข็มมิเตอร์เบี่ยงเบนเต็มสเกล (A) - กระแสไฟฟ้าขดลวด (A)

ตัวอย่างที่ 5 จงหาค่าความไวของโวลต์มิเตอร์ เมื่อกระแสในขดลวดเคลื่อนที่ของมิเตอร์มีค่า จาก

ตัวอย่างที่ 6 จากวงจรโวลต์มิเตอร์ดังรูป จงหาค่าความต้านทาน Rs ที่นำมาต่อเพิ่ม แล้วทำให้เครื่องวัดสามารถวัดแรงดันในย่าน 50 V ได้

+ 50 V - + Vm - สมการลูป (KVL):

ตัวอย่างที่ 7 จากวงจรโวลต์มิเตอร์ดังรูป จงหาค่าความต้านทาน Rs1, Rs2, Rs3 ในแต่ละย่านวัด

ย่าน 3 V, หา Rs1 Rs1 3 V จะได้

ย่าน 10 V, หา Rs2 Rs2 10 V จะได้

ย่าน 30 V, หา Rs3 Rs3 30 V จะได้

สามารถเขียนวงจรแบบหลายย่านวัด (Multiple – Range) ได้เป็น

การขยายย่านวัดแบบ ยูนิเวอร์แซล (Universal Type) ใช้ความต้านทานต่ออนุกรมตั้งแต่ย่านต่ำสุดต่อเนื่องกันจนกระทั่งถึงย่านวัดสูงสุด ข้อเสีย ถ้าความต้านทานอนุกรมของย่านวัดต่ำเสียหาย จะทำให้ตั้งแต่ย่านวัดนี้เสียหายตามไปด้วย ข้อดี สามารถหาความต้านทานอนุกรมได้ทุกย่านวัด

วงจร DC Voltmeter แบบ Universal Type

ตัวอย่างที่ 8 จงคำนวณหาค่า Ra, Rb, Rc ที่นำมาต่ออนุกรมเป็นวงจรโวลต์มิเตอร์แบบหลายย่าน ดังรูป - หาค่าความไว (S) ของมิเตอร์ในแต่ละย่านด้วย

ย่าน 3 V, หา Ra Ra 3 V จะได้

ย่าน 10 V, หา Rb Rb Ra 10 V จะได้

ย่าน 30 V, หา Rc Rc Rb Ra 30 V จะได้

ความไวของมิเตอร์ในแต่ละย่านวัด (Sensitivity)

ผลจากการโหลดของโวลต์มิเตอร์ (Voltmeter Loading Effect) การใช้โวลต์มิเตอร์วัดแรงดันในวงจร ต้องต่อขนานกับส่วนที่ต้องการวัด ความต้านทานของโวลต์มิเตอร์จะขนานเข้ากับส่วนของวงจรที่ต้องการวัด  ความต้านทานรวมเปลี่ยนแปลงจากค่าเดิม เรียกว่า “Loading Effect” ค่ามิเตอร์ที่วัดได้จะผิดไปจากค่าจริง เรียกว่า “Loading Error”

ก่อนใส่โวลต์มิเตอร์ หลังใส่โวลต์มิเตอร์ ค่าแรงดันที่ต้องการ (VR1) + - หลังใส่โวลต์มิเตอร์ ความต้านทานระหว่าง XY เป็น + VR1 - ค่าแรงดันที่ต้องการ (VR1)

กรณีที่โวลต์มิเตอร์มี Rs ต่ออนุกรมอยู่เพื่อการขยายพิสัย จะทำให้โวลต์มิเตอร์มีความต้านทานภายใน (Rin) เท่ากับ Rm

ตัวอย่างที่ 9 ต้องการวัดแรงดันคร่อม RB ของวงจรไฟฟ้าดังรูป โดยใช้โวลต์มิเตอร์ที่มีลักษณะดังนี้ Meter :

จงหา 1) ความต้านทานอนุกรม Rs ในตัวโวลต์มิเตอร์ 2) แรงดันคร่อม RB เมื่อไม่มีการต่อมิเตอร์ใดๆ 3) แรงดันคร่อม RB เมื่อมีการต่อโวลต์มิเตอร์ 4) เปอร์เซ็นต์ความผิดพลาดที่เกิดขึ้นจากการต่อโวลต์มิเตอร์

1. หาความต้านทาน Rs ในโวลต์มิเตอร์

ใช้หลักการแบ่งแรงดัน (Voltage Divider) 2) แรงดันคร่อม RB เมื่อไม่มีการต่อมิเตอร์ใดๆ ใช้หลักการแบ่งแรงดัน (Voltage Divider)

3) แรงดันคร่อม RB เมื่อมีการต่อโวลต์มิเตอร์ RB(new) RB(new)

แรงดันคร่อม RB เมื่อต่อโวลต์มิเตอร์เข้าไป มีค่าเป็น

4) เปอร์เซ็นต์ความผิดพลาดที่เกิดขึ้นจากการต่อโวลต์มิเตอร์

ก่อนต่อ ผลจาก Loading Effect หลังต่อ

ค่าความถูกต้อง (Accuracy : A) เปอร์เซ็นต์ค่าความผิดพลาด คือ

ข้อควรระวังในการใช้โวลต์มิเตอร์กระแสตรง ต้องต่อให้ถูกขั้ว ถ้าต่อผิดเข็มมิเตอร์จะตีทิศกลับ ทำให้เครื่องวัดเสียหาย ถ้ายังไม่ทราบแรงดันของอุปกรณ์ที่เราต้องการวัด ให้ตั้งมิเตอร์ที่พิสัยการวัดที่สูงที่สุด ให้ระวังเรื่องผลของ Loading Effect เสมอ โดยเฉพาะการวัดแรงดันต่ำๆ คร่อมความต้านทานสูงๆ Rm+Rs น้อย –> Error มาก

Rm+Rs น้อย –> Error มาก