Galvanometer als Voltmeter – D’Arsonval-Messgerät
Ein Galvanometer ist ein elektromechanisches Messinstrument zur Bestimmung elektrischer Ströme. Ursprünglich unkalibriert, wurden Galvanometer später zu Amperemetern weiterentwickelt, die den Stromfluss präziser messen konnten. Durch Kalibrierung als Gleichstrom-Voltmeter, unter Berücksichtigung des Spulenwiderstands, lässt sich die erforderliche Spannung für einen maximalen Stromfluss berechnen.
Permanentmagnet-Moving-Coil-Voltmeter – PMMC
Bekannt als D’Arsonval-Meter oder Galvanometer, nutzt das PMMC die Winkelauslenkung in einem uniformen Magnetfeld, um den durch die Spule fließenden Strom zu bestimmen. Es positioniert eine Drahtspule zwischen zwei Permanentmagneten, um ein stationäres Magnetfeld zu erzeugen. Gemäß Faradays Gesetzen der elektromagnetischen Induktion erfährt ein stromdurchflossener Leiter in einem Magnetfeld eine Kraft, die durch Flemings Linke-Hand-Regel bestimmt wird. Vorteile des PMMC sind eine lineare Skala, geringer Stromverbrauch und hohe Präzision, weshalb es für Gleichstrommessungen besonders genau ist. Allerdings ist es für Wechselstrom ungeeignet, da hier ein wechselndes Drehmoment entsteht. Im Vergleich zu beweglichen Eiseninstrumenten sind die Kosten für PMMC-Instrumente höher.
Andere Voltmeter-Typen
- Bewegliches Eisen-Voltmeter
- Digital-Voltmeter – DVM
- Elektrodynamometer
- Gleichrichter-Typ Voltmeter
- Induktionstyp Voltmeter
- Elektrostatischer Typ Voltmeter
Symbol eines Voltmeters
In Schaltplänen wird ein Voltmeter durch den Buchstaben V innerhalb eines Kreises dargestellt, mit zwei Linien, die die Messpunkte symbolisieren.
Funktionsweise eines Galvanometers
Ein typisches analoges Voltmeter verwendet einen elektromechanischen Mechanismus, der den durch einen Draht fließenden Strom in eine Spannungsanzeige umwandelt. Es enthält in der Regel einen eingebauten Widerstand mit hohem Wert und ein Amperemeter, das den durchfließenden Strom misst. Der vom Amperemeter erfasste Strom wird dann in eine Spannungsanzeige umgewandelt. Seine Funktionsweise basiert auf dem Ohmschen Gesetz: „Die Spannung über einem Widerstand ist direkt proportional zum durch ihn fließenden Strom.“ Formal ausgedrückt:
Ohmsches Gesetz: V = I x R
Beim D’Arsonval-Meter oder Galvanometer wird ein Zeiger durch den elektrischen Strom, der durch eine Spule in einem konstanten Magnetfeld fließt, abgelenkt. Ein Drehspulgalvanometer kann als Voltmeter verwendet werden, indem ein Widerstand in Reihe mit dem Instrument geschaltet wird. Die Spule des Galvanometers ist in einem starken Magnetfeld aufgehängt. Bei Anlegen eines elektrischen Stroms entsteht durch die Wechselwirkung des Magnetfelds der Spule und des stationären Magneten ein Drehmoment, das dazu neigt, die Spule zu drehen. Dieses Drehmoment ist proportional zum Strom durch die Spule. Die Spule dreht sich und komprimiert eine Feder, die der Drehung entgegenwirkt. Die Auslenkung der Spule ist somit proportional zum Strom und damit zur angelegten Spannung, die durch einen Zeiger auf einer Skala angezeigt wird.
