Vôn kế là gì? Cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động?

1. Vôn kế là gì?

Vôn kế là một dụng cụ điện tử được sử dụng để đo sự khác biệt tiềm năng hoặc điện áp giữa 2 điểm trong mạch điện hoặc điện tử. Đơn vị chênh lệch tiềm năng được đo bằng vôn (V).

Hiểu theo 1 cách đơn giản, Vôn kế hay Volt kế là dụng cụ đo điện dùng để đo hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch (hoặc các dụng cụ điện như đèn…). Trong các sơ đồ mạch điện Vôn kế thường được thể hiện bằng ký hiệu (V).

1.1. Lịch sử ra đời của Vôn kế:

Năm 1820, một nhà vật lý người Đan Mạch tên là Hans Christian Oersted đã đưa ra các nguyên lý cơ bản của Vôn kế. Nhà vật lý này, đã phát hiện ra rằng “Một dòng điện trong dây tạo ra từ trường xung quanh nó”. Ampe kế đầu tiên là vôn kế nhạy dùng để đo dòng điện, được sử dụng bởi André Ampère, nhà vật lý người Pháp vào năm 1820.

1.2. Các loại Vôn kế phổ biến: 

Vôn kế có đa dạng các loại:

– Vôn kế sắt

– Vôn kế cảm ứng

– Vôn kế tĩnh điện

– Vôn kế nam châm vĩnh cửu

– Vôn kế chỉnh lưu

– Vôn kế kĩ thuật số

Khi nối vôn kế vào mạch cần đo, thì vôn kế sẽ trích ra một phần năng lượng điện để xác định độ lớn điện áp. Mức độ trích xác định bởi điện trở của vôn kế ở thang đo đó, và để tránh làm sai mạch cần đo thì điện trở này phải đảm bảo đủ lớn. Với kĩ thuật phát triển như hiện nay, các thang đo vôn của đồng hồ vạn năng đã đáp ứng được yêu cầu này. 

2. Cấu tạo của Vôn kế: 

Cấu tạo của Vôn kế bao gồm những bộ phận sau: Kim chỉ thị, chốt chỉnh kim chỉ thị, chốt âm, thang đo, đơn vị đo vôn, chốt dương.

3. Chức năng của Vôn kế:

Với thiết bị điện tử này, bạn có thể  dùng để đo điện áp hay đo sự chênh lệch hiệu điện thế giữa hai điểm của mạch điện một cách an toàn và hiệu quả nhất. Đồng thời, vẫn giữ nguyên điện áp của mạch như ban đầu.

Đồng thời, nó còn được ứng dụng trong một số trường hợp như đo điện áp của phích cắm cho căn cứ xác định phích cắm đã hỏng hay không.

Dùng để xác định xem pin đã được sạc hay xả. Khi xe không khởi động, có thể dùng chúng để đo điện áp ắc quy xem có vấn đề gì không.

4. Nguyên lý hoạt động của Vôn kế: 

Hoạt động của đồng hồ vôn kế dựa trên nguyên tắc của định luật Ôm. Theo đó, điện áp trên một điện trở và cường độ dòng điện sẽ có sự tỷ lệ thuận với nhau. Với mọi đồng hồ đo cơ bản đều sẽ có sự chênh lệch dung sai trên các đầu nối. Nhất là khi có dòng điện toàn dải đi qua. Vôn kế được ký hiệu là hình tròn bao quanh chữ V mà chúng ta thường thấy trên các bản vẽ điện.

Vôn kế thường được mắc kiểu song song với linh kiện ở trong mạch để có thể đo hiệu điện thế. Thông thường, đồng hồ do volt cho dòng điện DC sẽ có dấu hiệu phân cực (+) hay (-). Nhưng trong đồng hồ đo volt dòng điện AC lại không có phân cực âm dương. Vì thế, nó có thể kết nới bằng nhiều cách mà không nhất thiết phải là song song. Nếu trường hợp dải điện áp cao thì thiết bị sẽ được mắc nối tiếp điện trở để đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động.

5. Cách sử dụng Vôn kế: 

Để sử dụng vôn kế một cách có hiệu quả, chúng ta hãy cùng đi tìm hiểu cách sử dụng vôn kế theo các bước sau:

5.1. Cài đặt thiết bị: 

Bước 1: Đặt thiết bị về chức năng đo điện áp. Hầu hết các thiết bị đo điện áp cũng chính là đồng hồ vạn năng với chức năng kiểm tra nhiều khía cạnh của mạch điện. Nếu thiết bị có núm xoay với nhiều thiết lập, hãy đặt về chế độ như sau:

– Để kiểm tra điện áp của dòng diện xoay chiều AC, hãy xoay núm về chế độ V~, ACV hoặc VAC. Mạch điện gia đình hầu hết là dòng điện xoay chiều.

– Để kiểm tra điện áp của dòng điện một chiều DC, bạn cần chọn V–, V—, DCV hoặc VDC. Pin và các thiết bị điện tử cầm tay đều sử dụng dòng điện một chiều.

Bước 2: Chọn phạm vi cao hơn điện áp dự kiến tối đa. Hầu hết vôn kế đều có nhiều tùy chọn khác nhau dành cho điện áp, vì thế bạn có thể thay đổi độ nhạy của đồng hồ để đo chính xác hơn và tránh làm hỏng thiết bị. Nếu thiết bị điện tử không thể hiện phạm vi, đây là thiết bị “điều biến tự động” và sẽ tự phát hiện phạm vi phù hợp. Nếu thiết bị có phạm vi, bạn cần:

– Chọn mức cài đặt cao hơn so với điện áp dự kiến tối đa. Nếu như chưa biết thông số này, cứ chọn mức cao nhất để tránh làm hỏng thiết bị.

– Pin gia dụng sẽ có nhãn thể hiện điện áp, thường là 9V trở xuống.

– Bình ắc quy ô tô có điện áp khoảng 12,6V khi được sạc đầy với động cơ đang tắt.

– Ở hầu hết quốc gia trên thế giới, nguồn điện trong nhà thường có điện áp 240V. Tại Việt Nam, điện áp theo tiêu chuẩn là 220V.

– mV là ký hiệu của millivolt hay (¹/₁₀₀₀ V), đơn vị này đôi khi được sử dụng để chỉ mức cài đặt thấp nhất.

Bước 3: Kết nối đầu dò. Vôn kế sẽ đi kèm với hai dây dò, một dây màu đen và dây còn lại màu đỏ. Mỗi dây đều có một đầu dò bằng kim loại, đầu còn lại là jack kim loại để cắm vào lỗ trên vôn kế. Hãy kết nối các jack cắm như sau:

– Jack màu đen luôn cắm vào lỗ có nhãn “COM”.

– Khi đo điện áp, bạn cần cắm jack màu đỏ vào lỗ có nhãn V (trong số những ký hiệu khác). Nếu như không có ký hiệu V, hãy chọn lỗ với đơn vị đo nhỏ nhất hoặc mA.

5.2. Đo điện áp:

Bước 1: Cầm đầu dò cẩn thận. Không chạm vào đầu kim loại khi đang kết nối với mạch điện. Nếu lớp cách điện bị mòn hoặc rách, bạn cần mang găng tay cách điện hoặc mua dây dẫn thay thế.

– Hai đầu dò kim loại không bao giờ được chạm nhau trong lúc kết nối với mạch điện, nếu không có thể gây ra tia lửa điện nguy hiểm.

Bước 2: Đưa đầu dò màu đen vào một phần của mạch điện. Kiểm tra điện áp mạch điện bằng cách mắc song song các dây dẫn. Nói cách khác, bạn sẽ kết nối các đầu dò vào hai điểm trên mạch điện đã đóng có dòng điện chạy qua.

Trên pin, hãy chạm đầu dò màu đen vào cực âm.

– Với ổ điện trên tường, hãy đưa đầu dò màu đen vào lỗ có chân nguội (hay trung tính). Bạn nên dùng bút thử điện để kiểm tra trước. Nếu đèn trên bút không sáng thì đó là lỗ có chân nguội.

– Kiểm tra đầu dò màu đen và loại bỏ núm nhựa nhỏ nhô ra (nếu có) trước khi tiến hành, vì mẩu nhựa này có thể kẹt lại trong ổ điện.

Bước 3: Kết nối đầu dò màu đỏ vào điểm còn lại của mạch điện. Khi mạch song song đã hình thành, điện áp sẽ thể hiện trên đồng hồ.

– Đối với pin, bạn cần kết nối đầu dò màu đỏ vào cực dương.