볼트미터에 대한 이해
볼트미터는 전기 회로에서 두 지점 간의 전기적 위치 차이, 즉 전압을 측정하는 장비입니다. 회로의 어떤 두 지점 사이의 전압 차이를 찾기 위해서는, 볼트미터의 단자를 그 두 지점 사이에 연결하면 됩니다. 이때 회로의 전선을 자르거나 끊을 필요가 없습니다.
ΔV = Va - Vb
볼트미터는 다양한 유형이 있으며, 가장 일반적인 유형은 다음과 같습니다.
- 영구자석 이동코일 볼트미터(PMMC)
- 이동철 볼트미터
- 디지털 볼트미터(DVM)
- 전동력계
- 정류형 볼트미터
- 유도형 볼트미터
- 정전식 볼트미터
볼트미터는 병렬로 연결되며, 다양한 스타일로 제작됩니다. 일부는 별도의 전원(예: 배터리)으로 구동되고, 다른 일부는 측정되는 전압원 자체로 구동됩니다. 이들의 기능은 현대 멀티미터에 일반적으로 내장되어 있습니다.
이상적인 볼트미터와 실제 볼트미터
이상적인 볼트미터는 무한한 저항을 가져, 회로에 연결해도 회로의 전류에 영향을 주지 않습니다. 그러나 실제 볼트미터는 항상 유한한 저항을 가지며, 회로에 연결할 때 다른 전류에 크게 영향을 주지 않을 만큼 충분히 큰 저항을 가져야 합니다. 1μV의 전위차를 측정할 수 있는 볼트미터는 흔하며, 10-12까지의 민감도를 가진 것도 있습니다. 디지털 미터는 일반적으로 1% 이상의 높은 정확도를 가질 수 있으며, 특별히 보정된 테스트 장비는 더 높은 정확도를 가집니다.
볼트미터의 상징과 특성
회로도에서 볼트미터는 V를 원 안에 표시하고, 두 측정점을 나타내는 두 개의 선이 나옵니다.
볼트미터와 유압 아날로지는 전기와 유압 사이의 널리 사용되는 비유로, 회로 작동 방식을 이해하는 데 도움이 됩니다. 이 비유에서 전압은 호스를 통해 물을 밀어내는 압력 차이와 같습니다. 이 모델은 물이 수평으로 흐른다고 가정하여 중력의 영향을 무시합니다. 따라서 볼트미터는 압력 차이 측정과 동등합니다.
볼트미터의 작동 원리
일반적인 아날로그 볼트미터는 전선을 통해 흐르는 전류를 전압 읽기로 변환하는 전기기계 메커니즘을 사용할 가능성이 높습니다. 아날로그 볼트미터는 일반적으로 내장된 고정 저항을 포함하고 있으며, 이를 통과하는 전류를 측정하는 전류계를 사용합니다. 전류계에 의해 감지된 전류는 다음과 같은 옴의 법칙에 근거하여 전압으로 변환됩니다.
V = I x R
예를 들어, D’Arsonval 미터 또는 갈바노미터는 전류가 흐를 때 발생하는 자기장의 상호작용으로 인해 코일이 회전하는 방식으로 작동합니다.
볼트미터의 유형과 응용
볼트미터는 건설 원리와 측정 유형에 따라 다양한 유형이 있습니다. 주요 응용 분야는 가정용 회로나 배터리의 전압 측정, 전원 공급 장치의 성능 검증, 발전기나 기타 고정 장비 모니터링, 아날로그 센서의 출력 표시 등입니다.
아날로그와 디지털 볼트미터
아날로그 볼트미터는 스케일에 포인터를 움직여 전압을 표시하지만, 디지털 볼트미터는 일반적으로 더 정확합니다. 디지털 볼트미터는 아날로그-디지털 변환기를 사용하여 전압의 수치를 디스플레이에 표시합니다.
DC와 AC 볼트미터의 차이
DC 볼트미터는 DC 전압을 측정하는 데 사용되며, AC 볼트미터는 AC 전압을 측정합니다. DC 볼트미터는 DC 전압의 최대치를 측정하는 반면, AC 볼트미터는 AC 전압의 RMS 값을 측정합니다.
전압의 일반적인 수준
다양한 크기를 비교하기 위해 다음과 같은 전압 수준을 제공합니다.
- 1.5V (DC) – 비충전식 알칼라인 배터리의 일반적인 개방 회로 전압
- 3.8V (DC) – 거의 모든 스마트폰 배터리의 작동 전압
- 12V (DC) – 자동차 배터리의 일반적인 전압
- 110 – 120V (AC) – 가정용 전기 콘센트의 일반적인 전압
- 3kV – 전기 아크 1mm를 생성하는 데 필요한 전압
- 110kV – 전력 송전선의 전압
- 300 MV – 전형적인 번개의 전압
