Merentasi Rentang Voltmeter Presisi: Dari Gerak Sensitif hingga Baca Skala Penuh

Sebagian besar gerak meter sangat sensitif. Sebagai contoh, beberapa gerak D'Arsonval direkomendasikan untuk arus defleksi skala penuh rendah hingga 50 µA, dengan hambatan kawat internal di bawah 1 kΩ. Ini membatasi tegangan skala penuh langsung gerak hanya hingga 50 mV (50 µA × 1 kΩ). Untuk membangun voltmeter praktis yang mampu mengukur tegangan lebih tinggi, kita harus meredam tegangan input sehingga hanya pecahan aman yang mencapai gerak.

Contoh Gerak D'Arsonval

Pertimbangkan gerak D'Arsonval dengan pengukuran defleksi skala penuh 1 mA dan hambatan koil 500 Ω. Menggunakan Hukum Ohm, tegangan yang mendorong gerak ini ke skala penuh adalah:

E = I R
E = (1 mA)(500 Ω) = 0,5 V

Jadi, gerak polos dapat membaca hingga 0,5 V. Untuk merentasi rentangnya di luar nilai ini, kita membutuhkan rangkaian proporsi yang membatasi tegangan di gerak sambil memungkinkan meter menampilkan tegangan yang diterapkan lebih tinggi.

Ketika kita menambahkan resistor seri – yang disebut resistor pengali – gerak menjadi bagian dari pembagi tegangan. Tegangan total yang diterapkan pada pasang seri dibagi antara pengali dan gerak, memastikan hanya pecahan yang sesuai yang mencapai koil.

Menghitung Resistor Pengali

Misalkan kita ingin gerak 1 mA, 500 Ω mencapai skala penuh pada tegangan yang diterapkan 10 V. Kita pertama-tama menyiapkan tabel E/I/R untuk dua elemen seri:

Dengan gerak pada skala penuh (1 mA) dan tegangan total yang diterapkan 10 V, tabel menjadi:

Ada dua cara umum untuk menemukan hambatan pengali:

• Metode hambatan total: R_total = E/I = 10 V/1 mA = 10 kΩ. Kurangi hambatan gerak 500 Ω untuk mendapatkan R_pengali = 9,5 kΩ.
• Metode penurunan tegangan: Gerak menurunkan 0,5 V (E = IR). Sisa 9,5 V harus menurun di pengali. Menggunakan R = E/I memberikan R_pengali = 9,5 kΩ lagi.

Pendekatan mana pun mengonfirmasi bahwa pengali 9,5 kΩ diperlukan. Ketika 10 V diterapkan di kawat, 1 mA mengalir melalui rangkaian, gerak melihat tepat 0,5 V, dan jarum menunjuk ke skala penuh. Wajah meter cukup diubah labelnya untuk membaca 0–10 V, jadi pengguna melihat pembacaan 10 volt yang benar tanpa mengetahui pembagian di baliknya.

Jadi, gerak sensitif "dibelokkan" oleh jaringan resistor presisi untuk menampilkan tegangan yang lebih besar. Ammeter menggunakan resistor shunt paralel untuk membagi arus, tetapi prinsip di baliknya sama.

Desain Voltmeter Multi-Rentang

Untuk memberikan satu gerak dengan beberapa rentang tegangan, selektor multi-pole menyentuh resistor pengali yang berbeda. Sebuah voltmeter empat rentang typis (1 V, 10 V, 100 V, 1 kV) yang dibangun pada gerak 1 mA, 500 Ω akan menggunakan nilai resistor berikut:

Nilai-nilai ini seringkali tidak praktis untuk diperoleh secara langsung. Oleh karena itu, desainer menggunakan pendekatan bertingkat, memilih nilai resistor standar yang jumlahnya sama dengan total yang diperlukan. Untuk rentang 1 kV, selektor menyentuh tumpukan seri 900 kΩ, 90 kΩ, 9 kΩ, dan 500 Ω:

Menambahkan ini memberikan tepat 999,5 kΩ yang diperlukan:

R_total = R4 + R3 + R2 + R1 = 900 kΩ + 90 kΩ + 9 kΩ + 500 Ω = 999,5 kΩ

Dari sudut pandang pengguna, meter berperilaku sama di semua rentang; hanya label skala yang berubah.

TINJAUAN

• Rentang voltmeter yang diperpanjang dicapai dengan menambahkan resistor pengali seri yang membentuk pembagi tegangan.
• Setiap rentang menggunakan nilai resistor yang berbeda atau kombinasi nilai standar.
• Sensitivitas gerak dipertahankan sambil memungkinkan pengukuran tegangan tinggi.

LEMBAR KERJA TERKAIT

• Lembar Kerja Desain Voltmeter
• Lembar Kerja Voltmeter