ولت سنج: آشنایی کامل با عملکرد، نحوه استفاده و ساخت

هنگام تجزیه و تحلیل عملکرد مدارهای الکتریکی و الکترونیکی، یا تلاش برای درک اینکه چرا یک مدار مطابق انتظار کار نمی‌کند، درنهایت باید از یک ولت سنج برای اندازه‌گیری سطوح مختلف ولتاژ استفاده کنید. ولت‌سنج‌های مورد استفاده برای اندازه‌گیری ولتاژ در اشکال و اندازه‌های مختلف، آنالوگ یا دیجیتال وجود دارند.

به دلیل اهمیت این ابزار، ضروری است که هر فردی که در حوزه الکتریک فعالیت می‌کند، مفاهیم و روش‌های استفاده از ولت سنج را بداند. در این مقاله، به معرفی و آشنایی با انواع ولت سنج و روش‌های کار با آن پرداخته و همچنین راهنمای تعمیر آن را نیز بررسی می‌کنیم. با ما همراه باشید تا آنچه که برای استفاده حرفه‌ای از ولت سنج نیاز است را به شما آموزش دهیم.

ولت سنج چیست؟

ولت سنج وسیله‌ای است که برای اندازه‌گیری ولتاژ در مدار الکتریکی استفاده می‌شود. ولتاژ یک پارامتر مهم در مدارهای الکتریکی است، زیرا مقدار انرژی پتانسیل الکتریکی موجود برای عبور جریان از مدار را تعیین می‌کند. ولت سنج برای اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل به موازات مدار الکتریکی متصل می‌شود. یکی از کاربردهای ولت سنج آزمایش مدارهای جریان متناوب (AC) یا جریان مستقیم (DC) در مقیاس، معمولاً در ولت، میلی ولت (0.001 ولت) یا کیلو ولت (1000 ولت) است.

بسیاری از ولت‌سنج‌ها دیجیتال و دارای نمایشگرهای عددی برای خواندن هستند. همچنین می‌توان از ولت سنج‌های تخصصی برای اندازه‌گیری ولتاژ فرکانس رادیویی استفاده کرد. حرف V معمولاً در داخل یک دایره در مجاورت دو پایانه قرار می‌گیرد تا یک ولت سنج را نشان دهد. ولت سنج‌های قدیمی از وسایل الکترونیکی استفاده نمی‌کنند بلکه از حلقه‌های سیمی که در نزدیکی آهنربا قرار گرفته‌اند استفاده می‌کنند.

ولت سنج را می‌توان برای اندازه‌گیری افت ولتاژ در یک قطعه یا منبع منفرد استفاده کرد یا می‌توان از آن‌ها برای اندازه‌گیری مجموع افت ولتاژ در دو یا چند نقطه یا جزء در یک مدار استفاده کرد.

یک ولت سنج به صورت موازی در یک مدار الکتریکی متصل می‌شود، به این معنی که بین دو نقطه در مدار، مانند مقاومت یا باتری، قرار می‌گیرد. هنگامی‌که به درستی وصل شود، ولت سنج افت ولتاژ را در دو نقطه اندازه‌گیری می‌کند و نتیجه را برحسب ولت نمایش می‌دهد.

به طور خلاصه، ولت سنج وسیله‌ای است که ولتاژ بین دو نقطه در مدار را اندازه‌گیری می‌کند و نمایش دقیقی از مقدار ولتاژ ارائه می‌دهد.

دلایل استفاده از ولت سنج چیست؟

یکی از ویژگی‌های کلیدی ولت سنج، برد و قدرت تفکیک یا دقت آن است. محدوده یا برد به حداقل و حداکثر ولتاژی که ولت سنج می‌تواند اندازه‌گیری کند اشاره دارد، درحالی‌که دقت به کوچک‌ترین تغییر ولتاژی که ولت سنج می‌تواند تشخیص دهد اشاره دارد. ولت‌سنج‌های سطح بالا می‌توانند دامنه بسیار گسترده و وضوح بالایی داشته باشند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا تغییرات بسیار کوچک ولتاژ را با دقت اندازه‌گیری کنند.

ولت‌سنج‌ها ابزارهای ضروری در زمینهٔ الکترونیک هستند و در طیف گسترده‌ای از کاربردها ازجمله تست الکتریکی و عیب‌یابی، طراحی مدارهای الکترونیکی و تحقیقات علمی و غیره استفاده می‌شوند.
به طور کلی استفاده از ولت‌سنج بسیار حائز اهمیت است و دلایل زیادی وجود دارد که نشان می‌دهد چرا استفاده از این ابزار ضروری است. در زیر به برخی از دلایل مهم این اهمیت اشاره می‌کنیم:

1. اندازه‌گیری ولتاژ: ولت‌سنج به عنوان یک ابزار اندازه‌گیری ولتاژ، برای ایجاد اطمینان و تضمین صحت ولتاژ در یک مدار الکتریکی بسیار حائز اهمیت است.
2. پیدا کردن خطاهای الکتریکی: با استفاده از ولت‌سنج، می‌توانید به راحتی خطاهای الکتریکی و جریان‌های ناپایدار را پیدا کنید و در صورت نیاز آن‌ها را اصلاح کنید.
3. کنترل سرعت ولتاژ: در بعضی از موارد، نیاز است تا ولتاژ به طور مستقیم کنترل شود. ولت‌سنج می‌تواند در این موارد مفید باشد و به شما این امکان را می‌دهد که ولتاژ را به طور دقیق تنظیم کنید، سرعت ولتاژ را تنظیم کنید یا برای پایش ولتاژ استفاده کنید.
4. قابلیت تعمیر: ولت‌سنج به عنوان یک ابزار تعمیر و برطرف کردن مشکلات الکتریکی می‌تواند بسیار مفید باشد.
5. مانیتورینگ باتری: ولت‌سنج می‌تواند برای پایش ولتاژ باتری در دستگاه‌های مختلف مفید باشد و به شما این امکان را می‌دهد که به طور دقیق ولتاژ باتری را مانیتور کنید و به طور مناسب برای شارژ کردن یا تعمیر باتری اقدام کنید.
6. بهبود ایمنی: استفاده از ولت‌سنج به شما امکان می‌دهد که در برخی موارد، خطرات ایمنی را جلوگیری کنید. به طور مثال، با استفاده از ولت‌سنج می‌توانید ولتاژ برق بیش از حد را تشخیص دهید و در صورت نیاز اقدامات ایمنی لازم را به منظور جلوگیری از خطر صعود اتاق برق انجام دهید.

به کارگیری ولت‌سنج در محافظت از تجهیزات الکتریکی و افزایش عمر دستگاه خود می‌تواند به طور معجزه‌آسایی شما را در مواجهه با چالش‌های پیش رو نجات دهد.

ولت سنج در کجای مدار قرار می‌گیرد؟

ولت سنج در مدار می‌تواند در نقاط متفاوتی قرار گیرد. این بستگی به نوع و کاربرد مدار دارد. در بعضی مدارها، ولت سنج به عنوان بخشی از مدار تغذیه یا منبع ولتاژ قرار می‌گیرد، درحالی‌که در مدارهای دیگر، ولت سنج به عنوان بخشی از مدار کنترل یا اندازه‌گیری قرار می‌گیرد.

در بعضی موارد، ولت سنج می‌تواند به صورت مجزا به مدار متصل شود و وظیفه اندازه‌گیری ولتاژ را بر عهده داشته باشد. در این حالت، ولت سنج به صورت موازی با بخشی از مدار قرار می‌گیرد که در آن ولتاژ باید اندازه‌گیری شود.

در هر صورت، موقعیت دقیق ولت سنج در مدار به عوامل مختلفی بستگی دارد، مانند نوع مدار و نام دستگاه. برای مطمئن شدن از موقعیت صحیح ولت سنج در مدار، بهتر است از نمودارهای مدار یا دفترچه راهنمای دستگاه استفاده کنید.

چرا ولت سنج در مدار به صورت موازی بسته می‌شود؟

ولت سنج در مدار، به صورت موازی بسته می‌شود تا بتواند ولتاژ در دو نقطه را اندازه‌گیری کند؛ به عبارت دیگر، اگر ولت سنج به صورت سری در مدار قرار داده شود، جریانی که از مدار عبور می‌کند، از دستگاه سنجش عبور می‌کند و باعث اشتباه در میزان ولتاژ اندازه‌گیری شده می‌شود.

از طرف دیگر، ولت سنج در مدار به صورت موازی، مقاومت الکتریکی بسیار بالایی دارد، بنابراین جریانی که از مدار عبور می‌کند، بسیار کم است و به اندازه کافی کوچک است که تأثیری بر عملکرد مدار نداشته باشد.

ازجمله توصیه‌هایی که باید پیش از استفاده از ولت سنج در صنایع الکتریکی در نظر گرفته شود، این است که ولت سنج با دقت و کیفیت بالا، در مدار به صورت موازی قرار گیرد و باید از دستگاه‌های با کاهش ارت جریان استفاده کرد تا بتوان به دقت و بدون خطا ولتاژ در مدار را اندازه‌گیری کرد.

ولت سنج چه عددی را نشان می‌دهد؟

ولت سنج برای اندازه‌گیری ولتاژ یک مدار بکار می‌رود و معمولاً در واحد ولت (V) نمایش داده می‌شود. ولتاژ به معنی تفاوت پتانسیل بین دو نقطه مختلف در یک مدار است و ولت سنج می‌تواند این تفاوت پتانسیل را با دقت بسیار بالا اندازه‌گیری کند. برای مثال، اگر ولت سنج نشان دهد که ولتاژ در یک نقطه از مدار از ۱۲ ولت استفاده می‌شود، به این معنی است که تفاوت پتانسیل بین آن نقطه و نقطه‌ای که به آن ولتاژ ۰ ولت می‌گویند، برابر با ۱۲ ولت است. در کل، ولت سنج به صورت دقیق‌تر و به واسطه دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال یا آنالوگ، تفاوت پتانسیل بین دو نقطه را در مدار اندازه‌گیری می‌کند و معمولاً مقدار اندازه‌گیری شده در واحد ولت به کاربر نشان داده می‌شود.

اگر ولت سنج متوالی (سری) بسته شود چه می‌شود؟

اگر ولت سنج در مدار به صورت سری با بار قرار داده شود، جریان مدار که فرستنده ولتاژ است، در ولت سنج نیز جریان می‌یابد. این باعث می‌شود که دستگاه ولت سنج با توجه به مقاومت داخلی خود، باعث افت ولتاژ در مدار شود؛ بنابراین، ولتاژی که در مدار اندازه‌گیری می‌شود، کمتر از ولتاژ واقعی مدار است و تقریباً برابر با جمع ولتاژ بار و افت ولتاژ در ولت سنج است.

در برخی موارد این قابلیت مورداستفاده قرار می‌گیرد، اما در اغلب موارد این وضعیت مطلوب نیست و باعث اختلال در خواندن ولتاژ به صورت صحیح می‌شود. درنتیجه، ولت سنج بیشتر به صورت موازی با مدار بسته می‌شود تا به دقت و بدون تغییر ولتاژ در مدار، ولتاژ را اندازه‌گیری کند.

چگونه ولت سنج بسازیم؟

ساخت ولت سنج می‌تواند یک پروژه چالش برانگیز برای افرادی باشد که با الکترونیک آشنا نیستند. با این حال، اگر تجربه‌ای در ساخت مدارهای الکترونیکی و کار با قطعات الکترونیکی دارید، می‌توانید با استفاده از مراحل زیر یک ولت سنج ساده بسازید:

1- یک طرح را انتخاب کنید

طرح‌های مختلفی برای ساخت ولت سنج وجود دارد و شما می‌توانید یکی را انتخاب کنید که به بهترین وجه با نیاز شما مطابقت دارد.

2- اجزاء را انتخاب کنید

بسته به نوع ولت سنجی که می‌خواهید بسازید، باید برخی از اجزای اصلی مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها، تقویت‌کننده‌های عملیاتی و LED ها را انتخاب کنید. همچنین مطمئن شوید که قطعات می‌توانند محدوده ولتاژی را که قصد اندازه‌گیری آن را دارید تحمل کنند.

3- مدار را بسازید

مدار ولت سنج را می‌توان با استفاده از برد بورد (Bread board) ساخت. مطمئن شوید که نمودار شماتیک یا مدار را دنبال می‌کنید و اتصالات مناسب را ایجاد می‌کنید. مدار ولت سنج می‌تواند به شکل ساده‌ای شامل چندین عنصر داخلی باشد، اما معمولاً شامل یک مقاومت داخلی و یک اپ‌آمپ با تقویت جریان ولتاژ است.

در یک نمونه‌ ساده از مدار ولت سنج، ولتاژ الکتریکی از یک نقطه‌ی ورودی طرف مثبت (V+) به داخل مدار وارد شده و مقدار ولتاژ بسته به برداشت چند خروجی در نقاط مختلف داخل مدار تعیین می‌شود.

در این نوع از مدارهای ولت سنج، اپ‌آمپ تغییرات ولتاژ ورودی را دریافت می‌کند و با تقویت جریان الکتریکی، میزان ولتاژ را از طریق یک پنل نمایش به کاربر نشان می‌دهد. همچنین، مقاومت داخلی ولت سنج نیز به نحوی تعیین شده است تا عملکرد و دقت دستگاه بهبود یابد. در مدار ولت سنج، یک نوع سیگنال پالسی (PWM) نیز می‌تواند به کار گرفته شود تا با محاسبهٔ زمان فعالیت و غیرفعالت سیگنال، میزان ولتاژ را تعیین کند.

همچنین، مدارات ولت سنج به شکل دیجیتال نیز به‌طور گسترده استفاده می‌شوند که از آن جمله مانیتورهای دیجیتالی و دستگاه‌های اندازه‌گیری دیجیتال volley meter هستند.

4- مدار را تست کنید

پس از ساخت مدار، باید آن را آزمایش کنید تا از عملکرد صحیح و دقیق آن اطمینان حاصل کنید. برای تست مدار ولت سنج، می‌توانید از یک مولتی متر استفاده کنید. فقط کافیست جواب تست مدار ولت سنج برابر با ولتاژ ورودی دستگاه مولتی متر باشد.

همچنین می‌توانید از یک منبع ولتاژ خارجی برای تست ولت سنج استفاده کنید. در این حالت، فرض کنید که شما یک منبع ولتاژ با مقدار دلخواه دارید. با استفاده از مولتی متر، ولتاژ منبع را اندازه‌گیری کرده و سپس منابع با فشار دادن دکمه مناسب در دستگاه ولت سنج را به آن وصل کنید. حال دوباره با استفاده از مولتی متر ولتاژ خروجی ولت سنج را اندازه‌گیری کنید. در صورتی که ولتاژ خروجی ولت سنج مقدار ولتاژ منبع را نشان دهد، آزمایش با موفقیت انجام شده است.
همچنین، برای تست ولت سنج، از یک منبع ولتاژ متغیر نیز می‌توانید استفاده کنید. در این حالت، با تغییر دادن ولتاژ منبع، می‌توانید تأیید کنید که ولت سنج می‌تواند ولتاژ‌های متفاوت را اندازه‌گیری کند. همچنین می‌توانید ولتاژ منبع را به صورت تدریجی افزایش دهید و در هر مقدار جدید میزان ولتاژ را با استفاده از ولت سنج اندازه‌گیری کنید و نتایج ولتاژ را با ولتاژ‌هایی که شما از منبع می‌دانید، مقایسه کنید.

5- کالیبره کردن

ممکن است لازم باشد ولت سنج را با مقایسه قرائت شده با منبع شناخته شده کالیبره کنید. برای کالیبره کردن ولت سنج ساده، می‌توانید با استفاده از یک منبع ولتاژ معین، مانند منبع ولتاژ دارای یک پتانسیومتر قابل تنظیم ابتدا، ولتاژ منبع را اندازه‌گیری کرده و با ولتاژ خروجی کالیبره نشده ولت سنج مقایسه کنید. سپس، با استفاده از پتانسیومتر روی ولت سنج، تنظیمات لازم را انجام دهید تا خروجی ولت سنج با ولتاژ منبع مطابقت داشته باشد. با دقت در کالیبره کردن ولت سنج، راه‌اندازی آن برای اندازه‌گیری ولتاژ در مدار، به صورت دقیق و مطمئن انجام خواهد شد.

6- یک قاب محافظ اضافه کنید

اضافه کردن یک قاب محافظ که بتواند از تماس تصادفی با مدار جلوگیری کند، ضروری است. این یک طرح کلی از مراحل مربوط به ساخت ولت سنج است. با این حال، لطفاً توجه داشته باشید که مراحل خاص به طراحی ولت سنج و سطح مهارت سازنده بستگی دارد. توجه به این نکته مهم است که کار با مدارهای الکتریکی می‌تواند خطرناک باشد، بنابراین احتیاط کنید و اقدامات احتیاطی مناسب را انجام دهید.

انواع ولت سنج کدام است؟

ولت‌سنج‌ها را می‌توان به دو نوع اصلی تقسیم کرد: ولت سنج آنالوگ و ولت سنج دیجیتال.

1- ولت سنج آنالوگ

ولت‌سنج‌های آنالوگ از یک عقربه یا نشانگر متحرک برای نشان دادن ولتاژ در مقیاس استفاده می‌کنند. آن‌ها با استفاده از یک اشاره‌گر که در امتداد یک مقیاس در پاسخ به تغییرات ولتاژ حرکت می‌کند، کار می‌کنند. مقیاس برای نشان دادن مقدار ولتاژ برحسب ولت کالیبره شده است و با نگاه کردن به موقعیت اشاره‌گر مستقیماً قابل خواندن است. استفاده از ولت سنج‌های آنالوگ ساده است و برای اندازه‌گیری ولتاژهای ثابت یا آهسته در حال تغییر مناسب هستند.

2- ولت سنج دیجیتال

ولت سنج دیجیتال از یک صفحه نمایش دیجیتال برای نشان دادن مقدار ولتاژ استفاده می‌کند. آن‌ها با تبدیل سیگنال ولتاژ آنالوگ به سیگنال دیجیتال با استفاده از مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) و سپس نمایش نتیجه بر روی یک صفحه نمایش دیجیتال کار می‌کنند. ولت‌سنج‌های دیجیتال معمولاً خوانش سریع‌تر و دقیق‌تری نسبت به ولت سنج‌های آنالوگ ارائه می‌دهند. ولت سنج‌های دیجیتال را می‌توان بر اساس فناوری نمایشگر به انواع زیر طبقه‌بندی کرد:

1. ولت سنج‌های دیجیتال LED (دیود ساطع کننده نور): این ولت‌سنج‌ها از فناوری نمایشگر LED برای نشان دادن مقدار ولتاژ استفاده می‌کنند. نمایشگرهای LED وضوح بالایی دارند و به راحتی قابل خواندن هستند.
2. LCD (نمایشگر کریستال مایع) ولت سنج دیجیتال: این ولت سنج‌ها از فناوری نمایشگر LCD برای نشان دادن مقدار ولتاژ استفاده می‌کنند. نمایشگرهای LCD در مقایسه با نمایشگرهای LED مصرف انرژی کمتری دارند و زمانی که عمر باتری نگران کننده است مفید هستند.
3. ولت‌سنج‌های دیجیتال OLED (Organic Light Emitting Diode): این ولت‌سنج‌ها از فناوری نمایشگر OLED برای نشان دادن مقدار ولتاژ استفاده می‌کنند. نمایشگرهای OLED مصرف انرژی کم، وضوح بالا و صفحه نمایش روشن را ارائه می‌دهند.

هر نوع ولت سنج ویژگی‌ها و مزایای منحصر به فرد خود را دارد. انتخاب نوع مناسب ولت سنج به کاربرد خاص و دقت، محدوده اندازه‌گیری و وضوح مورد نیاز بستگی دارد.

ولت سنج ایده آل یا آرمانی چیست؟

ولت سنج ایده آل یا آرمانی، یک دستگاه اندازه‌گیری است که بدون تأثیری بر مدار، ولتاژ دقیق مدار را اندازه‌گیری می‌کند. یک ولت سنج ایده آل باید دارای مقاومت بسیار بالا، بار صفر (zero burden) و جریان صفر باشد؛ به عبارت دیگر، ولت سنج ایده آل نباید جریان به مدار اعمال کند و به صورت کاملاً غیر تأثیرگذار، ولتاژ مدار را اندازه گیری می‌کند.

اگرچه وجود یک ولت سنج ایده‌آل به صورت عملی بسیار دشوار است، ولی با استفاده از دستگاه‌های با مقاومت و تأثیر کم می‌توان به مقدار ولتاژی که در مدار واقعی وجود دارد، نزدیک شد.

از دستگاه‌هایی که به عنوان ولت سنج در صنایع الکتریکی استفاده می‌شود، دستگاه‌های میله‌ای ولت سنج مورد استفاده قرار می‌گیرند که دارای مقاومت بالا و تأثیر کم بر مدار هستند. همچنین، دستگاه‌های دیجیتال با قابلیت اندازه‌گیری دقیق ولتاژ و توانایی نمایش در خروجی‌های رقمی، به‌طور گسترده در صنایع مختلف الکترونیکی و برق استفاده می‌شوند.

منبع: https://www.elprocus.com/digital-voltmeter-electronic-circuit-diagram-and-video-explanation/