دستگاه های اندازه گیری ولتاژ و جریان
گالوانومتر ساده
ساده‌ترین نوع گالوانومتر با استفاده از اثر گرمایی جریان ساخته شده است. این گالوانومتر دارای دو سیم نازک است که یکی از سیم‌ها در دو انتهایش ثابتند؛ و جریان گذرنده از آن اندازه گیری می‌شود. سیم نازک و محکم دوم دور محور عقربه پیچیده شده است. وسط سیم کشیده اول را به فنر کشیده‌ای وصل می‌کنند که سر دیگرش به بدنه گالوانومتر متصل است.
بر اثر جریان، سیم اول گرم و دراز می‌شود. رشته سیم که توسط فنر کشیده می‌شود عقربه گالوانومتر را به اندازه زاویه معینی می‌چرخاند که بستگی به دراز شدن سیم یعنی شدت جریان الکتریکی دارد. صفحه گالوانومتر برای جریان بر حسب آمپر، میلی آمپر مدرج می‌شود. در این صورت گالوانومتر آمپرسنج یا میلی آمپر سنج نامیده می‌شود.
آمپرسنج برای اندازه گیری جریان
برای اندازه گیری جریان، گالوانومتر یا آمپرسنج باید طوری اتصال داده شود که جریان کل مدار بتواند از آن عبور کند. برای این منظور باید در نقطه‌ای مدار را قطع و دو انتهایش را به قطب آمپر سنج وصل کرد. به عبارت دیگر آمپرسنج را باید به طوری متوالی در مدار قرار داد. چون جریان حالت ثابت را اندازه می‌گیریم. اینکه وسیله را به کدام قسمت از مدار وصل کنیم اهمیتی ندارد در صورتیکه در جریان‌های متغییر چنین نیست.
ولت سنج برای اندازه گیری ولتاژ
با استفاده از گالوانومتر نه فقط جریان بلکه ولتاژ را نیز می‌توان اندازه گرفت. زیرا بنابر قانون اهم این کمیت‌ها متناسبند. اگر دو کمیت با یکدیگر متناسب باشند با وسیله‌ای که به طور مناسب مندرج شده باشد می‌توان هر دو کمیت را اندازه گرفت. مثلاً تاکسی متر که فاصله طی شده را اندازه می‌گیرد، می‌توان برحسب کیلومتر مدرج کرد. ولی چون کرایه با فاصله متناسب است، درجات شمارنده را بطور مستقیم به پول پرداختی مدرج می‌کنند. به طوری که مستقیماً کرایه را نشان می‌دهد.
به همین ترتیب صفحه گالوانومتر را می‌توان طوری مدرج کرد که بتواند بطور مستقیم هم جریان برحسب آمپر عبور کرده از وسیله و هم ولتاژ دو سر آن را برحسب ولت اندازه بگیرد. بنابر این گالوانومتری که برای جریان مدرج می‌شود آمپرسنج، در حالی که وسیله‌ای که برای ولتاژ مدرج می‌شود و لت سنج نام دارد.
دستگاه های مرکب
در حالت کلی اگر جریان I. از گالوانومتر عبور کند، باید بین قطب‌های ورودی و خروجی آن ولتاژ معین U. وجود داشته باشد. فرض کنید که مقاومت داخلی گالوانومتر یعنی مقاومت قسمت‌هایی از آن که جریان از آن‌ها عبور می‌کند، R. باشد (برای گالوانومتر‌ها با مغناطیس دائمی R. مجموع تاب و سیم‌های رابط است، در حالی که برای گالوانومتر‌های با سیم افروزشی R. مجموع مقاومت سیم گرم شده و رابط هاست).
بنابر قانون اهم U=IR می‌باشد. پس برای یک گالوانومتر معین، هر مقدار از جریان با مقدار معینی از ولتاژ در دو سر قطب‌های آن متناظر است. بنابر این جای قرار گرفتن عقربه می‌تواند هم جریان و هم ولتاژ را نشان دهد. یعنی دستگاه را می‌توان هم به عنوان آمپرسنج و هم به عنوان ولت سنج مدرج کرد.
چگونگی قراردادن ولت سنج در مدار
با استفاده از یک ولت سنج مدرج می‌توان اختلاف پتاسیل الکتریکی بین هر دو نقطه از مدار را اندازه گرفت. مثلا اگر اختلاف پتاسیل دو سر یک لامپ رشته‌ای را که از چشمه جریانی تغذیه می‌کند بخواهید اندازه گیری کنید. باید دو سر ولت سنج را به دو سر لامپ ببندید. به عبارتی ولت سنج جهت سنجش اختلاف پتاسیل (ولتاژ) دو نقطه از مدار یا یک عنصری از مدار بصورت موازی در مداز گذاشته می‌شود.
به عبارتی ولتاژ گذرنده از ولت سنج همان ولتاژ تمامی قسمت‌هایی از مدار است که آرایش موازی با ولت سنج دارد. در صورتیکه در مورد آمپر سنج قرارگیری در مدار بصورت متوالی است؛ و با اندازه گیری جریان گذرنده از یک تکه از مدار جریان کل مدار را می‌دهد، که باید با جریان المان مداری اندازه گیری شده، برابر باشد.
مقاومت درونی ولت سنج
ولت سنج را به جزئی از مدار که ولتاژ دو سر آن باید اندازه گیری شود به طور موازی می‌بندند؛ و از این رو جریان معینی ازمدار اصلی از آن می‌گذرد. پس ازاینکه ولت سنج وصل شد، جریان و ولتاژ درمدار اصلی قدری تغییر می‌کند. به طوری که حالا مداری متفاوت از رسانا‌ها داریم، که شامل رسانا‌های قبلی و ولت سنج است. مثلا با اتصال ولت سنج با مقاومت Rv به طوری موازی با لامپی که مقاومتش Rb است مقاومت کل مدار بصورت
(R= Rb/ (۱+Rb/Rv خواهد بود. هر چه مقاومت ولت سنج در مقایسه با مقاومت لامپ بزرگتر باشد، اختلاف بین مقاومت ولت سنج باید تا حد امکان بزرگ اختیار شود. برای این منظور یک مقاومت اضافی را که ممکن است مقاومتش به چند هزار اهم برسد، گاهی به طور متوالی به قسمت اندازه گیر ولت سنج می‌بندند.
مقاومت درونی آمپرسنج
برخلاف ولت سنج، آمپرسنج همیشه در مدار به طور متوالی بسته می‌شود اگر مقاومت آمپرسنج Ra و مقاومت مدار Rc باشد، مقاومت کل مدار با آمپرسنج برابر می‌شود با:
(R=Rc (۱+Ra/Rc
بنابر این در صورتیکه مقاومت وسیله در مقایسه با مقاومت مدار کوچک باشد بر طبق رابطه اخیر وسیله مقاومت کل مدار را زیاد تغییر نمی‌دهند. بنابر این مقاومت آمپرسنج‌ها را خیلی کوچک انتخاب می‌کنند (چنددهم یاچندصدم اهم).
منبع: برق نیوز
