ما هو مقياس الجهد: البناء وعمله

مقياس الجهد هو أداة كهربائية تستخدم لقياس EMF (القوة الدافعة الكهربائية) لخلية معينة ، المقاومة الداخلية للخلية. وأيضًا يتم استخدامه لمقارنة المجالات الكهرومغناطيسية للخلايا المختلفة. يمكن استخدامه أيضًا كملف مقاومة متغيرة في معظم التطبيقات. تُستخدم مقاييس الجهد هذه بكميات ضخمة في تصنيع المعدات الإلكترونية التي توفر طريقة للضبط الدوائر الإلكترونية حتى يتم الحصول على المخرجات الصحيحة. على الرغم من أن الاستخدام الأكثر وضوحًا يجب أن يكون للتحكم في مستوى الصوت في أجهزة الراديو وغيرها من المعدات الإلكترونية المستخدمة للصوت.

الجهد دبوس خارج

يظهر الرسم التخطيطي لمقياس الجهد Trimpot أدناه. تتوفر مقاييس الجهد هذه بأشكال مختلفة وتتضمن ثلاثة خيوط. يمكن وضع هذه المكونات على لوح التجارب بسهولة لعمل النماذج الأولية بسهولة. يشتمل مقياس الجهد هذا على مقبض فوقه ويتم استخدامه لتغيير قيمته عن طريق تغييره.

دبوس خارج مقياس الجهد

Pin1 (نهاية ثابتة): يمكن توصيل هذا الطرف الثابت 1 بنهاية واحدة من مسار المقاومة

Pin2 (نهاية متغيرة): يمكن توصيل هذا الطرف المتغير عن طريق توصيله بالممسحة بحيث توفر جهدًا متغيرًا

Pin3 (نهاية ثابتة): يمكن توصيل هذا الطرف الثابت الآخر عن طريق توصيله بنهاية أخرى من مسار المقاومة

كيفية اختيار مقياس الجهد؟

يُطلق على مقياس الجهد أيضًا POT أو المقاوم المتغير. تُستخدم هذه لتوفير مقاومة متغيرة بمجرد تغيير المقبض الموجود في مقياس الجهد. يمكن تصنيف ذلك بناءً على معلمتين مهمتين مثل المقاومة (R-ohms) وتصنيف الطاقة (P-Watts).

مقياس فرق الجهد

مقاومة مقياس الجهد ، وإلا فإن قيمتها تحدد بشكل أساسي مقدار المقاومة التي يعطيها للتدفق الحالي. عندما تكون قيمة المقاوم عالية ، ستتدفق القيمة الأقل للتيار. بعض مقاييس الجهد هي 500 أوم ، 1 كيلو أوم ، 2 كيلو أوم ، 5 كيلو أوم ، 10 كيلو أوم ، 22 كيلو أوم ، 47 كيلو أوم ، 50 كيلو أوم ، 100 كيلو أوم ، 220 كيلو أوم ، 470 كيلو أوم ، 500 كيلو أوم ، 1 متر.

يعتمد تصنيف المقاومات بشكل أساسي على مقدار التيار الذي يسمح بالتدفق خلاله ، والذي يُعرف باسم تصنيف الطاقة. معدل الطاقة لمقياس الجهد هو 0.3 واط وبالتالي يمكن استخدامه ببساطة لدوائر التيار المنخفض.

لا تزال هناك عدة أنواع من مقاييس الجهد ويعتمد اختيارها بشكل أساسي على بعض الضروريات مثل ما يلي.

• ضرورات الهيكل
• خصائص تغيير المقاومة
• اختر نوع مقياس الجهد بناءً على ضرورات الاستخدام
• اختر المعلمات بناءً على ضرورات الدائرة

مبدأ البناء والعمل

يتكون مقياس الجهد من سلك مقاوم طويل L يتكون من ماغنوم أو مع ثابت وبطارية من EMF المعروف. يسمى هذا الجهد جهد خلية السائق . قم بتوصيل طرفي السلك المقاوم L بأطراف البطارية كما هو موضح أدناه ، دعنا نفترض أن هذا ترتيب أساسي للدائرة.

يقع أحد طرفي خلية أخرى (التي سيتم قياس EMF E الخاص بها) في أحد طرفي الدائرة الأولية ويتم توصيل طرف آخر من طرف الخلية بأي نقطة على السلك المقاوم من خلال مقياس الجلفانومتر G. والآن ، دعونا نفترض أن هذا الترتيب هو دائرة ثانوية. ترتيب مقياس الجهد كما هو موضح أدناه.

بناء الجهد

يعتمد مبدأ العمل الأساسي لهذا على حقيقة أن سقوط الإمكانات عبر أي جزء من السلك يتناسب طرديًا مع طول السلك ، بشرط أن يكون للسلك منطقة مقطعية موحدة ويتدفق التيار المستمر من خلاله. 'عندما لا يكون هناك فرق محتمل بين أي عقدتين ، سيتدفق تيار كهربائي'.

الآن سلك مقياس الجهد هو في الواقع سلك ذو مقاومة عالية (ῥ) مع منطقة مقطعية موحدة أ. وبالتالي ، في جميع أنحاء السلك ، لديه مقاومة موحدة. الآن محطة مقياس الجهد هذه متصلة بخلية EMF V عالية (مع إهمال مقاومتها الداخلية) تسمى خلية المحرك أو مصدر الجهد. دع التيار من خلال مقياس الجهد هو I و R هي المقاومة الكلية لمقياس الجهد.

ثم من خلال قانون أومس الخامس = الأشعة تحت الحمراء

نحن نعلم أن R = ῥL / A

وهكذا ، V = I ῥL / A

نظرًا لأن ῥ و A ثابتان دائمًا والحالي أنا ثابت من خلال مقاومة متغيرة.

لذلك L ῥ / A = K (ثابت)

وهكذا ، V = KL. افترض الآن أن خلية E ذات EMF أقل من خلية المحرك تم وضعها في الدائرة كما هو موضح أعلاه. لنفترض أنه يحتوي على EMF E. الآن في سلك مقياس الجهد ، قل بالطول x أصبح مقياس الجهد E.

E = L ῥx / A = Kx

عندما يتم وضع هذه الخلية في الدائرة كما هو موضح أعلاه مع وجود مزاح متصل بالطول المقابل (x) ، لن يكون هناك تدفق للتيار عبر الجلفانومتر لأنه عندما يكون فرق الجهد يساوي صفرًا ، فلن يتدفق أي تيار من خلاله .

لذلك يُظهر الجلفانومتر G اكتشافًا فارغًا. ثم الطول (س) يسمى طول النقطة الفارغة. الآن بمعرفة الثابت K والطول x. يمكننا إيجاد EMF المجهول.

E = L ῥx / A = Kx

ثانيًا ، يمكن أيضًا مقارنة EMF لخليتين ، دع الخلية الأولى من EMF E1 تعطى نقطة فارغة بطول = L1 والخلية الثانية من EMF E2 تُظهر نقطة فارغة بطول = L2

ثم،

E1/E2= L1/L2

لماذا يتم اختيار مقياس الجهد على الفولتميتر؟

عندما نستخدم الفولتميتر ، يتدفق التيار عبر الدائرة ، وبسبب المقاومة الداخلية للخلية ، فإن الإمكانات النهائية دائمًا ستكون أقل من إمكانات الخلية الفعلية. في هذه الدائرة ، عندما يكون فرق الجهد متوازنًا (باستخدام كشف الجلفانومتر الفارغ) ، لا يتدفق التيار في الدائرة ، وبالتالي فإن الإمكانات النهائية ستكون مساوية لإمكانات الخلية الفعلية. لذلك يمكننا أن نفهم أن الفولتميتر يقيس الجهد النهائي للخلية ، لكن هذا يقيس جهد الخلية الفعلي. يتم عرض الرموز التخطيطية لهذا أدناه.

رموز الجهد

أنواع مقاييس الجهد

يُعرف مقياس الجهد أيضًا باسم وعاء. هذه المقاييس الجهد لها ثلاثة وصلات طرفية. يتم توصيل طرف واحد بجهة اتصال منزلقة تسمى ممسحة بينما يتم توصيل المحطتين الأخريين بمسار مقاومة ثابت. يمكن تحريك الماسحة على طول المسار المقاوم إما عن طريق استخدام تحكم منزلق خطي أو اتصال 'ممسحة' دوار. كل من أدوات التحكم الدوارة والخطية لها نفس العملية الأساسية.

الشكل الأكثر شيوعًا لمقياس الجهد هو مقياس الجهد الدوراني المفرد. غالبًا ما يستخدم هذا النوع من مقياس الجهد في التحكم في مستوى الصوت (الاستدقاق اللوغاريتمي) بالإضافة إلى العديد من التطبيقات الأخرى. تُستخدم مواد مختلفة لبناء مقاييس الجهد ، بما في ذلك تكوين الكربون ، والسيرمت ، والبلاستيك الموصّل ، والأغشية المعدنية.

مقاييس فرق الجهد الدوارة

هذه هي أكثر أنواع مقاييس فرق الجهد شيوعًا ، حيث تتحرك الممسحة على طول مسار دائري. تُستخدم مقاييس الجهد هذه بشكل أساسي للحصول على إمداد جهد متغير لجزء صغير من الدوائر. أفضل مثال على مقياس الجهد الدوار هذا هو وحدة التحكم في حجم الترانزستور الراديوي حيث يتحكم المقبض الدوار في الإمداد الحالي باتجاه مكبر الصوت.

يشتمل هذا النوع من مقياس الجهد على جهتي اتصال طرفيتين حيث يمكن وضع مقاومة ثابتة في نموذج نصف دائري. وأيضًا يتضمن طرفًا في المنتصف متحالفًا مع المقاومة باستخدام جهة اتصال منزلقة متصلة من خلال مقبض دوار. يمكن تدوير جهة الاتصال المنزلقة عن طريق تدوير المقبض فوق المقاومة نصف الدائرية. يمكن الحصول على جهد هذا من بين جهتي اتصال المقاومة والانزلاق. تُستخدم مقاييس فرق الجهد هذه حيثما كان التحكم في مستوى الجهد ضروريًا.

مقاييس الجهد الخطية

في هذه الأنواع من مقاييس الجهد ، تتحرك المساحات على طول مسار خطي. يُعرف أيضًا باسم وعاء الشريحة أو المنزلق أو الخافت. يشبه مقياس الجهد هذا النوع الدوار ولكن في مقياس الجهد هذا ، يدور التلامس المنزلق ببساطة على المقاوم خطيًا. يتم توصيل طرفي المقاوم عبر مصدر الجهد. يمكن نقل جهة اتصال منزلقة على المقاوم باستخدام مسار متصل عبر المقاوم.

يتم توصيل طرف المقاوم باتجاه الانزلاق الذي يتم توصيله بنهاية واحدة من خرج الدائرة ويتم توصيل طرف آخر بالطرف الآخر من خرج الدائرة. يستخدم هذا النوع من مقياس الجهد في الغالب لحساب الجهد في الدائرة. يتم استخدامه لقياس المقاومة الداخلية لخلية البطارية ويستخدم أيضًا في أنظمة خلط الصوت والموسيقى.

مقياس الجهد الميكانيكي

هناك أنواع مختلفة من مقاييس الجهد المتوفرة في السوق ، حيث يتم استخدام الأنواع الميكانيكية للتحكم يدويًا لتغيير المقاومة وكذلك إخراج الجهاز. ومع ذلك ، يتم استخدام مقياس الجهد الرقمي لتغيير مقاومته تلقائيًا بناءً على الحالة المعينة. يعمل هذا النوع من مقياس الجهد بدقة مثل مقياس الجهد ويمكن تغيير مقاومته من خلال الاتصالات الرقمية مثل SPI و I2C بدلاً من تدوير المقبض مباشرة.

تسمى مقاييس الجهد هذه POT بسبب هيكلها على شكل POT. يتضمن ثلاث محطات طرفية مثل i / p و o / p و GND مع مقبض على قمته. يعمل هذا المقبض مثل التحكم للتحكم في المقاومة عن طريق تدويرها في الاتجاهين مثل اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة.

العيب الرئيسي لمقاييس الجهد الرقمية هو أنها ببساطة تتأثر بعوامل بيئية مختلفة مثل الأوساخ والغبار والرطوبة وما إلى ذلك. للتغلب على هذه العيوب ، تم تنفيذ مقاييس الجهد الرقمية (digiPOT). يمكن أن تعمل مقاييس الجهد هذه في بيئات مثل الغبار والأوساخ والرطوبة دون تغيير عملها.

مقياس الجهد الرقمي

يُطلق على مقاييس الجهد الرقمية أيضًا اسم digiPOTs أو مقاومات متغيرة والتي تستخدم للتحكم في الإشارات التناظرية باستخدام ميكروكنترولر. توفر هذه الأنواع من مقاييس الجهد مقاومة o / p قابلة للتغيير اعتمادًا على المدخلات الرقمية. في بعض الأحيان ، تسمى هذه أيضًا RDACs (المحولات المقاومة الرقمية إلى التناظرية). يمكن التحكم في هذا الجهاز الرقمي عن طريق الإشارات الرقمية بدلاً من الحركة الميكانيكية.

تتضمن كل خطوة على سلم المقاوم مفتاحًا واحدًا متصل بالطرف o / p لمقياس الجهد الرقمي. يمكن تحديد نسبة المقاومة في مقياس الجهد من خلال الخطوة المختارة فوق السلم. بشكل عام ، يشار إلى هذه الخطوات بقيمة بت ، على سبيل المثال. 8 بت تساوي 256 خطوة.

يستخدم مقياس الجهد هذا بروتوكولات رقمية مثل I²C أو ناقل SPI (الواجهة الطرفية التسلسلية) للإشارة. تستخدم معظم مقاييس الجهد هذه ذاكرة متقلبة ببساطة بحيث لا تتذكر مكانها بمجرد إيقاف تشغيلها ويمكن تخزين مكانها النهائي من خلال FPGA أو وحدة التحكم الدقيقة التي تتصل بها.

صفات

ال خصائص مقياس الجهد تشمل ما يلي.

• إنها دقيقة للغاية لأنها تعمل على تقنية التقييم بدلاً من تقنية الانحراف لتحديد الفولتية غير المحددة.
• إنه يحدد نقطة التوازن وإلا لاغية والتي لا تحتاج إلى قوة للبعد.
• عمل مقياس الجهد خالٍ من مقاومة المصدر حيث لا يوجد تدفق للتيار في جميع أنحاء مقياس الجهد لأنه متوازن.
• الخصائص الرئيسية لمقياس الجهد هذا هي الدقة والاستدقاق ورموز الوسم ومقاومة القفز / القفز

حساسية الجهد

يمكن تعريف حساسية مقياس الجهد على أنها أقل اختلاف محتمل يتم حسابه بمساعدة مقياس الجهد. تعتمد حساسيته بشكل أساسي على قيمة التدرج المحتمل (K). عندما تكون قيمة التدرج المحتمل منخفضة ، يكون فرق الجهد الذي يمكن لمقياس الجهد أن يحسبه ، ومن ثم تكون حساسية مقياس الجهد أكبر.

لذلك ، بالنسبة إلى اختلاف محتمل معين ، يمكن أن تزيد حساسية مقياس الجهد من خلال زيادة طول مقياس الجهد. يمكن أيضًا زيادة حساسية مقياس الجهد للأسباب التالية.

• عن طريق زيادة طول الجهد
• عن طريق انخفاض تدفق التيار داخل الدائرة من خلال مقاومة متغيرة
• ستساعد كلتا الطريقتين في تقليل قيمة التدرج المحتمل وزيادة المقاومة.

الفرق بين مقياس الجهد والفولتميتر

تمت مناقشة الاختلافات الرئيسية بين مقياس الجهد والفولتميتر في جدول المقارنة.

مقاومة الريوستات مقابل مقياس الجهد

تمت مناقشة الاختلافات الرئيسية بين مقاومة الريوستات ومقياس الجهد في جدول المقارنة.

قياس الجهد بواسطة مقياس الجهد

يمكن إجراء قياس الجهد باستخدام مقياس الجهد في الدائرة وهو مفهوم بسيط للغاية. في الدائرة ، يجب ضبط مقاومة الريوستات ويمكن ضبط تدفق التيار عبر المقاوم بحيث يمكن إسقاط الجهد الدقيق لكل وحدة من طول المقاوم.

الآن يتعين علينا إصلاح أحد نهايات الفرع ببداية المقاوم بينما يمكن توصيل الطرف الآخر باتجاه جهة الاتصال المنزلقة للمقاوم باستخدام مقياس الجلفانومتر. لذا ، يتعين علينا الآن تحريك جهة التلامس المنزلق فوق المقاوم حتى يظهر الجلفانومتر أي انحراف. بمجرد أن يصل الجلفانومتر إلى حالاته الصفرية ، يتعين علينا ملاحظة قراءة الموضع على مقياس المقاوم وبناءً على ذلك يمكننا اكتشاف الجهد في الدائرة. لفهم أفضل ، يمكننا ضبط الجهد لكل وحدة من طول المقاوم.

مزايا

ال مزايا مقياس الجهد تشمل ما يلي.

• لا توجد فرصة لوقوع أخطاء لأنها تستخدم طريقة الانعكاس الصفري.
• يمكن إجراء التوحيد باستخدام خلية عادية مباشرة
• يتم استخدامه لقياس emfs الصغيرة بسبب الحساسية العالية
• بناءً على المتطلبات ، يمكن زيادة طول مقياس الجهد للحصول على الدقة.
• عندما يتم استخدام مقياس الجهد في الدائرة للقياس ، فإنه لا يسحب أي تيار.
• يتم استخدامه لقياس المقاومة الداخلية للخلية وكذلك يقارن emf. من خليتين ولكن باستخدام الفولتميتر ، هذا غير ممكن.

سلبيات

ال مساوئ مقياس الجهد تشمل ما يلي.

• استخدام مقياس الجهد ليس مناسبًا
• يجب أن تكون منطقة المقطع العرضي لسلك مقياس الجهد متسقة بحيث لا يكون ذلك ممكنًا عمليًا.
• أثناء إجراء التجربة ، يجب أن تكون درجة حرارة السلك مستقرة ولكن هذا صعب بسبب التدفق الحالي.
• العيب الرئيسي في ذلك هو أنه يحتاج إلى قوة هائلة لتحريك جهات الاتصال الخاصة بهم في الماسحة أو الانزلاق. يوجد تآكل بسبب حركة الماسحة. لذلك فإنه يقلل من عمر محول الطاقة
• النطاق الترددي محدود.

خلية سائق الجهد

يتم استخدام مقياس الجهد لقياس الجهد عن طريق تقييم قياس الجهد عبر مقاومة مقياس الجهد مع الجهد. لذلك بالنسبة لعملية مقياس الجهد ، يجب أن يكون هناك مصدر جهد متحالف عبر دائرة مقياس الجهد. يمكن تشغيل مقياس الجهد بواسطة مصدر الجهد الذي توفره الخلية المعروف باسم خلية المحرك.

تُستخدم هذه الخلية لتوصيل التيار خلال مقاومة مقياس الجهد. ستوفر المقاومة والمنتج الحالي لمقياس الجهد جهدًا كاملاً للجهاز. لذلك ، يمكن تعديل هذا الجهد لتغيير حساسية مقياس الجهد. عادة ، يمكن القيام بذلك عن طريق تنظيم التيار طوال المقاومة. يتم توصيل المتغير المتغير بخلية السائق على التوالي.

يمكن التحكم في تدفق التيار خلال المقاومة باستخدام ريوستات متصل بخلية المحرك في سلسلة. لذلك يجب أن يكون جهد خلية المحرك أفضل مقارنة بالجهد المقاس.

تطبيقات مقاييس الجهد

تشمل تطبيقات مقياس الجهد ما يلي.

مقياس الجهد كمقسم جهد

يمكن أن يعمل مقياس الجهد كما مقسم جهد للحصول على جهد خرج قابل للضبط يدويًا عند المنزلق من جهد دخل ثابت مطبق عبر طرفي مقياس الجهد. الآن يمكن قياس جهد الحمل عبر RL على أنه

دائرة مقسم الجهد

VL = R2RL. VS / (R1RL + R2RL + R1R2)

التحكم بالصوت

أجهزة قياس فرق الجهد المنزلقة ، أحد الاستخدامات الأكثر شيوعًا لمقاييس فرق الجهد الحديثة منخفضة الطاقة هي أجهزة التحكم في الصوت. تُستخدم كل من الأواني المنزلقة (الخافتات) ومقاييس الجهد الدوارة (المقابض) بانتظام لتوهين التردد ، وضبط جهارة الصوت ، وللخصائص المختلفة للإشارات الصوتية.

التلفاز

تم استخدام مقاييس الجهد للتحكم في سطوع الصورة والتباين واستجابة اللون. غالبًا ما تم استخدام مقياس الجهد لضبط 'التثبيت الرأسي' ، مما أثر على التزامن بين إشارة الصورة المستقبلة ودائرة المسح الداخلية للمستقبل ( هزاز متعدد ).

محولات الطاقة

يعد قياس الإزاحة أحد أكثر التطبيقات شيوعًا. لقياس إزاحة الجسم ، وهو متحرك ، يتم توصيله بالعنصر المنزلق الموجود على مقياس الجهد. أثناء تحرك الجسم ، يتغير موضع شريط التمرير أيضًا وفقًا لذلك ، وبالتالي تتغير المقاومة بين النقطة الثابتة وشريط التمرير. نتيجة لهذا يتغير الجهد عبر هذه النقاط أيضًا.

التغيير في المقاومة أو الجهد يتناسب مع التغير في إزاحة الجسم. وبالتالي فإن تغيير الجهد يشير إلى إزاحة الجسم. يمكن استخدام هذا لقياس الإزاحة متعدية وكذلك الدورانية. نظرًا لأن مقاييس الجهد هذه تعمل على مبدأ المقاومة ، فإنها تسمى أيضًا مقاييس فرق الجهد المقاومة. على سبيل المثال ، قد يمثل دوران العمود زاوية ، ويمكن جعل نسبة تقسيم الجهد متناسبة مع جيب تمام الزاوية.

وبالتالي ، هذا كل شيء عن نظرة عامة على ما هو مقياس الجهد ، pinout، بنائه، أنواع مختلفة، كيفية الاختيار، الخصائص والاختلافات والمزايا والعيوب وتطبيقاتها. نأمل أن يكون لديك فهم أفضل لهذه المعلومات. علاوة على ذلك ، فإن أي استفسارات بخصوص هذا المفهوم أو مشاريع كهربائية وإلكترونية ، يرجى تقديم اقتراحاتكم القيمة من خلال التعليق في قسم التعليقات أدناه. هنا سؤال لك ، ما هي وظيفة مقياس الجهد الدوراني؟