A voltmeter is an instrument used for measuring electric potential difference between two points in an electric circuit. It is connected in parallel. It usually has a high resistance so that it takes negligible current from the circuit.
Analog voltmeters move a pointer across a scale in proportion to the voltage measured and can be built from a galvanometer and series resistor. Meters using amplifiers can measure tiny voltages of microvolts or less. Digital voltmeters give a numerical display of voltage by use of an analog-to-digital converter.
Voltmeters are made in a wide range of styles, some separately powered (e.g. by battery), and others powered by the measured voltage source itself. Instruments permanently mounted in a panel are used to monitor generators or other fixed apparatus. Portable instruments, usually equipped to also measure current and resistance in the form of a multimeter are standard test instruments used in electrical and electronics work. Any measurement that can be converted to a voltage can be displayed on a meter that is suitably calibrated; for example, pressure, temperature, flow or level in a chemical process plant.
General-purpose analog voltmeters may have an accuracy of a few percent of full scale and are used with voltages from a fraction of a volt to several thousand volts. Digital meters can be made with high accuracy, typically better than 1%. Specially calibrated test instruments have higher accuracies, with laboratory instruments capable of measuring to accuracies of a few parts per million. Part of the problem of making an accurate voltmeter is that of calibration to check its accuracy. In laboratories, the Weston cell is used as a standard voltage for precision work. Precision voltage references are available based on electronic circuits.
In circuit diagrams, a voltmeter is represented by the letter V in a circle, with two emerging lines representing the two points of measurement.
Se puede utilizar un galvanómetro de bobina móvil como voltímetro insertando una resistencia en serie con el instrumento. El galvanómetro tiene una bobina de alambre fino suspendida en un fuerte campo magnético. Cuando se aplica una corriente eléctrica, la interacción del campo magnético de la bobina y del imán estacionario crea un par que tiende a hacer girar la bobina. El par es proporcional a la corriente que circula por la bobina. La bobina gira, comprimiendo un resorte que se opone a la rotación. La deflexión de la bobina es entonces proporcional a la corriente, que a su vez es proporcional al voltaje aplicado, que se indica mediante un puntero en una escala.
Uno de los objetivos de diseño del instrumento es perturbar el circuito lo menos posible, por lo que el instrumento debe consumir un mínimo de corriente para funcionar. Esto se logra utilizando un galvanómetro sensible en serie con una alta resistencia, y luego todo el instrumento se conecta en paralelo con el circuito examinado.
La sensibilidad de dicho medidor se puede expresar como "ohmios por voltio", el número de ohmios de resistencia en el circuito del medidor dividido por el valor medido a escala completa. Por ejemplo, un medidor con una sensibilidad de 1000 ohmios por voltio consumiría 1 miliamperio a voltaje de escala completa; Si la escala completa fuera de 200 voltios, la resistencia en las terminales del instrumento sería200 000 ohmios y a escala completa, el medidor consumiría 1 miliamperio del circuito bajo prueba. Para instrumentos de rango múltiple, la resistencia de entrada varía a medida que el instrumento cambia a diferentes rangos.
Los instrumentos de bobina móvil con un campo magnético permanente responden sólo a la corriente continua. La medición de voltaje CA requiere un rectificador en el circuito para que la bobina se desvíe en una sola dirección. Algunos instrumentos de bobina móvil también se fabrican con la posición cero en el medio de la escala en lugar de en un extremo; Estos son útiles si el voltaje invierte su polaridad.
Los voltímetros que funcionan según el principio electrostático utilizan la repulsión mutua entre dos placas cargadas para desviar un puntero unido a un resorte. Los medidores de este tipo consumen una corriente insignificante, pero son sensibles a voltajes superiores a aproximadamente 100 voltios y funcionan con corriente alterna o continua.
La sensibilidad y la resistencia de entrada de un voltímetro se pueden aumentar si la corriente requerida para desviar el puntero del medidor es suministrada por un amplificador y una fuente de alimentación en lugar del circuito bajo prueba. El amplificador electrónico entre entrada y medidor ofrece dos beneficios; Se puede utilizar un instrumento resistente de bobina móvil, ya que su sensibilidad no necesita ser alta y la resistencia de entrada puede elevarse, reduciendo la corriente extraída del circuito bajo prueba. Los voltímetros amplificados suelen tener una resistencia de entrada de 1, 10 o 20 megaohmios, que es independiente del rango seleccionado. Una forma que alguna vez fue popular de este instrumento usaba un tubo de vacío en el circuito amplificador y por eso se llamó voltímetro de tubo de vacío (VTVM). Casi siempre funcionaban con la corriente de la línea de CA local y, por lo tanto, no eran particularmente portátiles. Hoy en día, estos circuitos utilizan un amplificador de estado sólido que utiliza transistores de efecto de campo , de ahí FET-VM, y aparecen en multímetros digitales portátiles , así como en instrumentos de mesa y de laboratorio. Estos reemplazaron en gran medida a los multímetros no amplificados, excepto en los rangos de precios menos costosos.
La mayoría de los VTVM y FET-VM manejan mediciones de voltaje CC, voltaje CA y resistencia; Los FET-VM modernos añaden mediciones de corriente y, a menudo, también otras funciones. Una forma especializada de VTVM o FET-VM es el voltímetro de CA. Estos instrumentos están optimizados para medir voltaje CA. Tienen un ancho de banda mucho más amplio y una mejor sensibilidad que un dispositivo multifunción típico.
Un voltímetro digital (DVM) mide un voltaje de entrada desconocido al convertir el voltaje a un valor digital y luego muestra el voltaje en forma numérica. Los DVM generalmente están diseñados alrededor de un tipo especial de convertidor analógico a digital llamado convertidor integrador .
La precisión de la medición del DVM se ve afectada por muchos factores, incluida la temperatura, la impedancia de entrada y las variaciones de voltaje de la fuente de alimentación del DVM. Los DVM menos costosos suelen tener una resistencia de entrada del orden de 10 MΩ. Los DVM de precisión pueden tener resistencias de entrada de 1 GΩ o superiores para los rangos de voltaje más bajos (por ejemplo, menos de 20 V). Para garantizar que la precisión de un DVM esté dentro de las tolerancias especificadas por el fabricante, se debe calibrar periódicamente con un estándar de voltaje como la celda Weston .
El primer voltímetro digital fue inventado y producido por Andrew Kay de Non-Linear Systems (y más tarde fundador de Kaypro ) en 1954. [1]
Los voltímetros de CA simples utilizan un rectificador conectado a un circuito de medición de CC, que responde al valor promedio de la forma de onda. El medidor se puede calibrar para mostrar el valor cuadrático medio de la forma de onda, asumiendo una relación fija entre el valor promedio de la forma de onda rectificada y el valor RMS. Si la forma de onda se aleja significativamente de la onda sinusoidal asumida en la calibración, el medidor será inexacto, aunque para formas de onda simples la lectura se puede corregir multiplicando por un factor constante. Los primeros circuitos de "verdadero valor eficaz" utilizaban un convertidor térmico que respondía sólo al valor RMS de la forma de onda. Los instrumentos modernos calculan el valor RMS calculando electrónicamente el cuadrado del valor de entrada, tomando el promedio y luego calculando la raíz cuadrada del valor. Esto permite mediciones RMS precisas para una variedad de formas de onda. [2]
