عندما نخوض رحلتنا في عالم الكهرباء، نجد أمامنا جهازًا صغيرًا يحمل في طياته العديد من الأسرار ويكشف لنا الجانب الخفي للتيار الكهربائي، وهو جهاز الفولتميتر، حيث يمتلك هذا الجهاز دورًا أساسيًا في فهم علم الكهرباء، يُستخدم الفولتميتر لقياس الجهد الكهربائي، وبفضله نحن قادرون على استكشاف تفاصيل حيوية حول التيارات الكهربائية المتدفقة في الدوائر المعقدة.
واليوم في هذه المقالة، سنتعرف على جهاز الفولتميتر بالتفاصيل، ونفهم كيفية عمله وأنواعه المختلفة، وسنستكشف الأسرار الهندسية والفيزيائية وراء هذا الجهاز الصغير الذي يلقي الضوء على الكثير من الظواهر الكهربائية التي نجدها في حياتنا اليومية، تابع معنا.
ماهو جهاز الفولتميتر
الفولتميتر هو جهاز مختلف تمامًا عن الأميتر، حيث يعتمد على قياس فرق الجهد بشكل أساسي، ويُستخدم الفولتميتر لقياس شدة الكهرباء وفقًا للوحدة الدولية المعترف بها عالميًا وهي الأمبير.
يقوم الفولتميتر بقياس التيار الكهربائي عن طريق قياس فرق الجهد، ويستند إلى مبدأ عزم الدوران، عند تمرير التيار الكهربائي خلال الجهاز، يتم إنشاء عزم دوران يؤدي إلى انحراف المؤشر.
يعتمد عمل الفولتميتر على توازن القوى وليس التوالي في الدائرة الكهربائية، ويتم توصيله بالدائرة الكهربائية، ويُمثَّل برمز “V” الذي يشير إلى الجهاز المستخدم داخل الدائرة.
أقرأ أيضاً: مقياس الأميتر أنواعه وطريقة استخدامه
يجب ملاحظة أن الفولتميتر يختلف ليس فقط عن الأميتر، ولكن يجب التنبيه أيضًا الى انه يختلف عن جهاز آخر يشبهه في الاسم ويُطلق عليه اسم “الفولتاميتر” Voltamiter.
أنواع الفولتميتر
يُصنَّف الفولتميتر وفقًا لعدة عناصر رئيسية تتمثل في عنصر البنية والتركيب الداخلي لأجهزة الفولتميتر.
ويمكن تقسيم أنواع الفولتميتر وفقا للتركيب الى :
- فولتميتر الملف المتحرك ذو المغناطيس الدائم (Parmanent Magnet Moving coil (PMMC) Voltmeter)
- فولتميتر Moving Iron (MI)
- فولتميتر Electro Dynamometer
- فولتميتر Electrostatic
- الفولتميتر الرقمي Digital Voltmeter (DVM)
كما يمكن تقسيمها وفقا لـ نوع القياس الى:
- فولتميتر التيار المستمر
- فولتميتر التيار المتردد
ويمكن تصنيفها أيضًا إلى
- فولتميتر تناظري
- فولتميتر رقمي
ولكن من أبرز أنواع الفولتميتر هو:
فولتميتر PMMC
حيث يعتمد هذا النوع على نوعية خاصة من الموصلات تُعرف بالموصل الحامل، ويُوضَع هذا الموصل في مجالات مغناطيسية، ثم تُظهَر القوى التي تؤثر عليه، مما يُسبِب انحرافًا في مؤشر الجهاز.
يُستخدَم هذا النوع من الفولتميتر لقياس التيار المستمر.
ويتميز بعدة خصائص أساسية تميزه عن الأنواع الأخرى، مثل (دقته العالية واستهلاكه المنخفض).
ورغم المزايا المتاحة، فإنه يُميز هذا النوع من الأجهزة ارتفاع تكلفته، ويُلاحَظ أيضًا أن هذا النوع من أجهزة الفولتميتر يتم توصيله داخل الدائرة بنظام توالي، وليس بنظام توازي.
أقرأ أيضاً: أفضل أنواع الأسلاك الكهربائية واستخداماتها
( اليك الأن مجموعة من أنواع أجهزة الفولتميتر بالتفاصيل).
فولتميتر كهربائي
هذا النوع من أجهزة الفولتميتر يُستخدم لقياس الجهد، حيث تقوم آليته بقياس كل من دوائر التيار المتردد والتيار المستمر.
وفي هذا النوع من الأجهزة، تكون عمليات المطابقة والقياس متماثلة في كلا النوعين من التيار، سواءً كان التيار مترددًا أم مستمرًا.
فولتميتر تناظري ( الفولتميتر التماثلي)
يُستخدم هذا النوع لقياس جهد التيار المتردد، ويعرض هذا الجهاز القراءة عبر مؤشر ثابت يُثبت على مقياس المعايرة.
وانحراف المؤشر في هذا الجهاز يعتمد على عزم الدوران، ويجدر بالذكر أن حجم عزم الدوران وجهد القياس لديهما علاقة طردية أساسية.
بمعنى آخر، يتناسب حجم عزم الدوران المتولد مباشرةً مع جهد القياس؛ حيث يزيد جهد القياس كلما زاد عزم الدوران، وينقص جهد القياس كلما قل عزم الدوران.
أقرأ أيضاً: الفرق بين الكابلات والأسلاك الكهربائية وأنواعها
فولتميتر رقمي
الفولتميتر الرقمي هو نوع من أجهزة الفولتميتر الذي يُعرض القراءة بشكل رقمي، ويقوم هذا الجهاز بتحديد المؤشر بدقة، مما يوفر قراءات دقيقة للغاية.
في هذا الجهاز، يُستخدم مقياس “الفولتميتر المستمر” لقياس الجهد المباشر، بينما يُستخدم مقياس الجهد المتردد لقياس الجهد في دائرة التيار المتردد.
مكونات جهاز الفولتميتر
مكونات جهاز الفولتميتر تختلف تكوين وتركيب جهاز الفولتميتر وفقًا لنوعه.
في الفولتميتر الرقمي، يتألف التكوين من العناصر التالية:
- الشاشة، وهي العرض الرقمي التي تُظهر القيمة المُقاسة بشكل رقمي ودقيق.
- الدائرة الداخلية، تحتوي على مكبرات الإشارة والدوائر الإلكترونية الضرورية لقياس الجهد وتحويله إلى إشارة رقمية.
- المقاومة، وتُستخدم لحماية الجهاز من التيارات الزائدة وضبط تيار الإدخال.
- المُحسِّس (Probe)، وهو الجهاز الذي يأتي عادة مع محس حساس يُوصَل بالدائرة لقياس الجهد.
ويراعى في تصميم هذه المكونات الدقة والفعالية لضمان أداء جهاز الفولتميتر بشكل صحيح وموثوق.
ويأتي تكوين جهاز الفولتميتر التماثيلي كـ التالي:
- الملف المتحرك (Moving Coil)، حيث يتحرك الملف الموجود داخل الجهاز عند تعرضه للجهد، ويُقاس هذا الحركة وتُعرض كقيمة على مقياس التدرج الموجود على الواجهة.
- المغناطيس الدائم الذي يلعب دورًا في إنشاء المجال المغناطيسي الذي يؤثر فيه الملف المتحرك.
- المقاومة الداخلية والتي تلعب دورًا في تحديد حساسية الجهاز ودقته.
- المقياس الذي يُعرَض عليه القيمة، حيث يُستخدم لقراءة القيمة المُعَرَّضَة عندما يتحرك الملف.
ويرجى ملاحظة أن هذه المكونات تعتمد على نوع الفولتميتر والتقنية المستخدمة في تصنيعه.
آلية عمل جهاز الفولتميتر لقياس الجهد الكهربائي
يُتصل الفولتميتر بالحمل الذي نرغب في قياس جهده بتوازي معه لقياس القيمة الفعالة للجهد، ويُستخدم التوصيل التوازي لأن الفولتميتر مُصمم بطريقة تُجعل مقاومته الداخلية عالية للغاية.
عند توصيل هذه المقاومة العالية بتوازي، يكون تدفق التيار تقريباً صفر، مما يجعل الدائرة مفتوحة تقريبًا.
لكن عند توصيلها توازيًا، تكون مقاومة الحمل متوازية مع مقاومة الفولتميتر العالية، وبالتالي، المقاومة المكافئة تكون تقريباً نفس قيمة مقاومة الحمل.
يُذكر أن مجموع المقاومات المتصلة توازيًا يُحسب بضرب مقاوماتها وقسمة الناتج على جمعها. إذا كانت مقاومة الحمل 1K أوم ومقاومة الفولتميتر 1M أوم، سيكون القسم المكافئ: 1M+1K / 1M×1K=999
أقرأ أيضاً: أنواع الكابلات الكهربائية
وهو يُعادل تقريبًا 1K أوم، يعتمد الجهد بين الفولتميتر والحمل على نفس القيمة تقريبًا، وبالتالي، يُقيس الفولتميتر جهد الحمل بدقة.
ماهو الفولتميتر المثالي
الفولتميتر المثالي، المُعروف أيضًا بالفولتميتر الافتراضي، يتميز بأنه يحتوي على مقاومة داخلية بقيمة لا نهائية، وبالتالي يكون التيار الذي يمر فيه صفر، وهذا يعني عدم وجود أي فقد للطاقة في الجهاز.
في الواقع، من الصعب تحقيق هذا النوع من الفولتميتر في العمل العملي، حيث يصعب الحصول على مادة تمتلك مقاومة لانهائية.
يتم تصنيع الفولتميتر بطريقة تجعل مقاومته الداخلية عالية جدًا، وعندما يكون متصلًا في الدائرة، يكون التيار الذي يمر فيه تقريبًا صفر، مما يزيد من دقة قراءاته.
اكتشاف المزيد من Natural Fuel Energy
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
