전압계의 작동 원리
전압계는 전기 회로의 두 점 사이의 전기적 잠재력 차이를 측정하는 데 사용되는 기기입니다. 이러한 기기는 아날로그 전압계와 디지털 전압계의 두 가지 주요 유형으로 나뉩니다.
아날로그 전압계
아날로그 전압계는 전류를 전압 읽기로 변환하는 전자기적 메커니즘을 사용합니다. 일반적인 아날로그 전압계는 내장된 고정 저항값을 가지고 있으며, 이를 통해 흐르는 전류를 측정하는 전류계가 있습니다. 전류계가 감지하는 전류는 볼트로 변환되어 읽힙니다. 아날로그 전압계의 작동 원리는 옴의 법칙에 기초합니다. 옴의 법칙은 저항을 통해 흐르는 전류가 그 저항에 걸린 전압에 비례한다는 것을 의미합니다.
옴의 법칙: V = I x R
D’Arsonval 계기나 갈바노미터는 전류가 흐를 때 일정한 자기장 내의 코일을 통해 포인터를 편향시키는 방식으로 작동합니다. 이러한 코일은 강력한 자기장에 놓인 세밀한 와이어로 구성되어 있습니다. 전류가 적용되면 코일의 자기장과 정지된 자석의 상호 작용으로 토크가 발생하여 코일이 회전하려는 경향이 있습니다. 이 토크는 코일을 통한 전류에 비례하며, 회전은 전류에 반대하는 스프링에 의해 압축됩니다. 코일의 편향은 전류에 비례하며, 이는 다시 적용된 전압에 비례하여 스케일에 포인터로 표시됩니다.
디지털 전압계
디지털 전압계는 AC 및 DC 전압 값을 이산 숫자로 표시하며, 포인터 편향 대신 사용됩니다. 디지털 전압계는 일반적으로 통합형 아날로그-디지털 변환기라고 불리는 특별한 유형의 아날로그-디지털 변환기를 중심으로 설계됩니다. 통합형 ADC는 알 수 없는 입력 전압을 통합기를 사용하여 디지털 표현으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기의 한 유형입니다.
전압계의 이상적인 특성
이상적인 전압계는 무한한 저항을 가질 것이므로, 회로의 두 점 사이에 연결되었을 때 회로의 다른 전류를 변경하지 않습니다. 실제 전압계는 항상 유한한 저항을 가지고 있지만, 회로에 연결했을 때 다른 전류를 현저하게 변경하지 않도록 충분히 큰 저항을 가져야 합니다. 1μV의 전위 차를 측정할 수 있는 전압계가 일반적이며, 10-12의 민감도에 도달할 수 있습니다. 디지털 미터는 일반적으로 1% 이상의 높은 정확도를 가질 수 있으며, 특별히 보정된 테스트 기기는 더 높은 정확도를 가집니다.
결론
전압계는 다양한 스타일로 제작되며, 일부는 별도로 전원을 공급받고(예: 배터리), 다른 일부는 측정되는 전압원 자체에 의해 전원을 공급받습니다. 그 기능성은 보통 현대 멀티미터에 내장되어 있습니다. 전압계는 회로의 어떠한 두 점 사이의 잠재적인 차이를 찾기 위해 해당 점들 사이에 연결됩니다. 전압계는 회로를 자르거나 끊지 않고 병렬로 연결됩니다.
