Vôn kế là gì?

Vôn kế (hay còn gọi là đồng hồ đo điện áp) là một dụng cụ dùng để đo hiệu điện thế giữa hai điểm trong một mạch điện. Nó cho biết mức độ chênh lệch điện áp, và được sử dụng phổ biến trong các mạch điện xoay chiều (AC) hoặc một chiều (DC). Bên cạnh đó, vôn kế chuyên dụng có thể đo được điện áp tần số vô tuyến (RF), thường xuất hiện trong các ứng dụng truyền thông hoặc thiết bị không dây.

Vôn kế giúp kiểm tra xem các phần của mạch điện có hoạt động đúng theo yêu cầu không và giúp phát hiện các vấn đề như hư hỏng linh kiện hoặc sự cố về nguồn điện.

Cấu tạo của Vôn kế

Vôn kế là một thiết bị đo điện áp, với cấu tạo đơn giản gồm các bộ phận chính sau:

Kim chỉ thị:

• Là một kim nhỏ được gắn trên một trục xoay.
• Khi vôn kế được kết nối vào một nguồn điện, kim chỉ thị sẽ di chuyển theo mức điện áp, hiển thị kết quả giá trị vôn tương ứng trên thang đo.

Chốt chỉnh kim chỉ thị:

• Được dùng để điều chỉnh vị trí ban đầu của kim chỉ thị về giá trị "0" khi không có điện áp.
• Giúp đảm bảo chỉ số trên thang đo bắt đầu từ giá trị không khi không có điện áp.

Chốt âm:

• Là đầu cắm hoặc điện cực dùng để kết nối với phần âm của nguồn điện cần đo.
• Thường có màu đen.

Chốt dương:

• Là đầu cắm hoặc điện cực dùng để kết nối với phần dương của nguồn điện cần đo.
• Thường có màu đỏ.

Thang đo:

• Là dải vạch chia hoặc các giá trị số được in trên vôn kế để hiển thị giá trị hiệu điện thế đo được.
• Thang đo thường được chia thành các đơn vị đo vôn như volt (V) hoặc kilovolt (kV).

Đơn vị đo vôn:

• Bộ phận chuyển đổi vị trí của kim chỉ thị thành giá trị vôn tương ứng trên thang đo.
• Thường dựa trên cơ cấu cơ học hoặc hệ thống điện tử.

Nhờ vào cấu tạo này, vôn kế có thể đo chính xác điện áp của nguồn điện được kết nối.

Nguyên lý hoạt động của Vôn kế

Nguyên lý chung của vôn kế là đo hiệu điện thế giữa hai điểm cần đo, nên nó phải được mắc song song với đối tượng cần đo điện áp. Cách mắc này được sử dụng vì vôn kế có giá trị hiệu điện thế cao.

Vì vậy, nếu vôn kế được mắc nối tiếp thì chênh lệch điện áp giữa hai điểm cần đo sẽ không quá cao và hiệu điện thế sẽ gần như bằng không. Điều này có nghĩa là mạch đã được mở.

Ngoài ra, trong mạch song song, hiệu điện thế tại mọi điểm là như nhau. Do đó nguồn và vôn kế sẽ luôn có hiệu điện thế bằng nhau.

Phân loại Vôn kế

Vôn kế được phân loại thành 2 loại chính bao gồm vôn kế chỉ thị kim (hay còn gọi là vôn kế tương tự) và vôn kế kỹ thuật số

Vôn kế chỉ thị kim (vôn kế tương tự)

Vôn kế tương tự chủ yếu được sử dụng để đo điện áp xoay chiều dựa trên cơ chế kim chỉ thị di chuyển trên thang đo đã hiệu chỉnh. Chuyển động của kim chỉ thị phản ánh mô-men xoắn tác động lên nó, mà độ lớn của mô-men xoắn này tỷ lệ thuận với điện áp được đo.

Một vôn kế tương tự cơ bản gồm có một điện kế (là một thiết bị đo dòng điện nhạy) kết hợp với một điện trở cao nối tiếp. Điện kế cần phải có điện trở nội cao để không làm gián đoạn hoạt động của mạch điện khi đo, tránh việc dòng điện thoát ra quá nhiều và làm thay đổi kết quả đo. Phạm vi điện áp mà vôn kế có thể hiển thị phụ thuộc vào giá trị của điện trở nối tiếp và độ nhạy của điện kế.

Vôn kế kỹ thuật số

Vôn kế kỹ thuật số (Digital Voltmeters - DVM) là loại vôn kế hiện đại thường được sử dụng để đo điện áp. Vôn kế kỹ thuật số hoạt động bằng cách chuyển đổi điện áp đầu vào thành một giá trị số thông qua bộ chuyển đổi tín hiệu (ADC - Analog to Digital Converter), sau đó hiển thị kết quả trên màn hình dưới dạng số.

Độ chính xác của vôn kế kỹ thuật số có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố như:

• Trở kháng đầu vào: Trở kháng đầu vào càng cao thì ảnh hưởng của mạch đo đến hệ thống cần đo càng nhỏ, giúp tăng độ chính xác của phép đo.
• Nhiệt độ: Nhiệt độ môi trường có thể làm thay đổi đặc tính của các linh kiện điện tử bên trong vôn kế, gây ra sai số. Các vôn kế kỹ thuật số hiện đại thường có các cơ chế bù nhiệt để giảm thiểu ảnh hưởng này.
• Sự thay đổi điện áp nguồn: Điện áp cung cấp cho vôn kế nếu không ổn định có thể làm ảnh hưởng đến kết quả đo. Vôn kế kỹ thuật số thường sử dụng nguồn ổn định hoặc có các bộ điều chỉnh điện áp bên trong để giảm tác động từ nguồn cung cấp.

Những yếu tố này cần được kiểm soát và cân nhắc khi chọn và sử dụng vôn kế kỹ thuật số để đảm bảo kết quả đo chính xác và tin cậy.

Ứng dụng của vôn kế

Vôn kế có một số ứng dụng quan trọng trong đời sống hàng ngày và công nghiệp như sau:

Đo lường điện áp của các thiết bị điện: Vôn kế thường được sử dụng để đo điện áp nhằm kiểm tra hoạt động của các thiết bị điện như đèn, máy tính, ti-vi, điều hòa và nhiều thiết bị điện tử khác, đảm bảo rằng chúng hoạt động đúng cách.

Kiểm tra điện áp của mạch điện: Trong quá trình cung cấp năng lượng cho các thiết bị, vôn kế giúp đo điện áp của mạch điện để đảm bảo rằng điện áp cung cấp phù hợp với yêu cầu, tránh tình trạng chập cháy máy móc do điện áp không phù hợp.

Đo điện áp của ắc quy và các nguồn điện: Vôn kế được sử dụng để kiểm tra điện áp của ắc quy, phích cắm và các nguồn điện khác, đảm bảo chúng còn đủ năng lượng để sử dụng hoặc hoạt động ổn định.

Sử dụng trong giáo dục: Vôn kế cũng là công cụ quan trọng trong giảng dạy và học tập về điện tử và điện học, giúp học sinh, sinh viên hiểu rõ hơn về các nguyên lý cơ bản của điện và các mạch điện.

Những ứng dụng này cho thấy vôn kế là một thiết bị đo lường không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực khác nhau liên quan đến điện và điện tử.