รูปที่ 2.9 แสดงวงจรโวลท์มิเตอร์กระแสตรง
จากรูปที่ 2.9 จะเห็นว่าค่าแรงดันที่จ่ายให้กับวงจรจะทำให้เกิดกระแสในวงจร และถ้าเราให้ค่า แรงดันที่จ่ายให้กับวงจรเป็นค่าแรงดันเต็มสเกล กระแสที่เกิดในวงจรก็จะเป็น
ค่ากระเต็มสเกลนั่นเอง ดังสมการต่อไปนี้
เพราะฉะนั้นค่า Rs ที่ทำให้เกิดกระเต็มสเกลคือ
ตัวอย่างที่ 4) จงสร้าง DC Voltmeter เพื่อวัดแรงดัน 100 V.จากมิลลิแอมมิเตอร์ที่ค่าความต้านทานภายใน 100W และมีค่ากระแสเต็มสเกลที่ 1mA
จากสมการ
3.1 โวลท์มิเตอร์หลายย่านวัด (Voltmeter Multi Rang)
ในการออกแบบวงจรโวลท์มิเตอร์นั้น สามารถนำเอาสมการของการหาค่าความต้านทานที่ต่ออนุกรมกับมูฟเม้นท์มิเตอร์มาคำนวณแต่ละย่านการวัดได้
รูปที่ 2.10 แสดง DC Voltmeter 3 ย่านวัดคือ 5V, 10V, 50V
จากรูปที่ 2.9 สามารถคำนวณหาค่า Rs1 (ย่าน 5V), Rs2 (ย่าน 10V), Rs3 (ย่าน 100V) ดังนี้
ย่าน 5V
ย่าน 10V
ย่าน 50V
ในทางปฏิบัตินิยมออกแบบ DC Voltmeter แบบ Multiply Resister โดยการนำตัวต้านทานในแต่ละย่านมาต่ออนุกรมกับมูฟเม้นท์มิเตอร์
เพื่อเป็นการชดเชยค่าความต้านทานที่ไม่มีค่าใช้ในงานทั่วไป
รูปที่ 2.11 แสดงวงจรโวลท์มิเตอร์ลักษณะมัลติพลายเออร์รีซีสเตอร์
จากรูปที่ 2.10 สามารถคำนวณหาค่า Rs1, Rs2, Rs3 ดังนี้
ย่าน 5V
ย่าน 10V
ย่าน 50V
3.2 ความไวของมิเตอร์ (Meter Sensitivity)
ใต้สเกลของ DC Voltmeter โดยทั่วๆ ไปจะเขียนอัตราของ Ohm-per-Volt ไว้ให้ เรียกว่าค่าของความไว (Sensitivity; S) ที่กำหนดให้ ค่า Sensitivity จะมีหน่วยเป็น
W / V (Ohm-per-Volt) และสมการของ Sensitivity คือ
และค่า Input Resistance ของ Voltmeter ก็จะหาได้จาก
ตัวอย่างที่ 5) โวลท์มิเตอร์ตัวหนึ่งใช้ มิเตอร์มูฟเม้นท์ ขนาด 50uA ประกอบด้วยย่าน 5V. 50V และ 500V. จงคำนวณหา Input Resistance ในแต่ละย่าน
ที่ย่าน 5V
ค่า Input Resistance ของ Voltmeter นี้มีความจำเป็นที่ต้องใช้ในการคำนวณหาค่าความถูกต้อง เมื่อนำเอา Voltmeter นี้มาใช้วัดแรงดันในวงจรใดๆ เพื่อหา
ค่าการโหลดของมิเตอร์ในวงจรที่วัดต่อไป
3.3 โวลท์มิเตอร์โหลดดิง ( Voltmeter Loading )
ปกติโวลท์มิเตอร์ที่นำมาต่อเพื่อวัดแรงดันในวงจร ควรจะมีความต้านทานภายในสูงเป็นอนันต์ แต่ในความเป็นจริงโวลท์มิเตอร์จะมีความต้านทานภายในของมิเตอร์มูฟ
เม้นท์บวกกับความต้านทานที่อนุกรมกับมิเตอร์มูฟเม้นท์อยู่ จึงทำให้เกิดปัญหา Voltmeter loading ขึ้นเช่น ในกรณีที่ความต้านทานของโหลดมีค่าใกล้เคียงหรือมากกว่าความต้านทาน
ของโวลท์มิเตอร์ค่าที่อ่านได้จากโวลท์มิเตอร์จะคลาดเคลื่อนไปจากความจริงวิธีการอย่างหนึ่งที่จะช่วยลดปัญหานี้ คือการเปลี่ยนย่านการวัดให้สูงขึ้นเพื่อทำให้ความต้านทานของโวลท์
มิเตอร์สูงขึ้น
รูปที่ 2.12 แสดงค่าแรงดันในวงจรที่ไม่ได้วัดจากโวลท์มิเตอร์และที่วัดจากโวลท์มิเตอร์
จากรูป 2.12 ก) จะเห็นว่าค่าแรงดันจะมีค่าตามสมการคือ
จากรูป 2.12 ข) จะเห็นว่าค่าแรงดันเมื่อต่อโวลท์มิเตอร์วัดแรงดัน จะได้ตามสมการคือ
เมื่อ Vwom = แรงดันในวงจรที่ไม่ได้วัดจากโวลท์มิเตอร์มิเตอร์ Vwm = แรงดันในวงจรที่อ่านได้จากโวลท์มิเตอร์มิเตอร์
Rth = ความต้านทานรวมของวงจรที่วัด
Vth = แหล่งจ่ายแรงดันที่ทำให้เกิดแรงดันในวงจร ถ้านำเอาค่าแรงดันที่อ่านได้จากโวลท์มิเตอร์นี้หารด้วยค่าแรงดันที่ไม่ได้วัดจากโวลท์มิเตอร์ก็จะได้ความถูกต้อง (Accuracy) ของการวัดนี้ ดังสมการต่อไปนี้
เมื่อได้ค่าความถูกต้อง ก็สามารถหาค่าโหลดดิ้งของโวลท์มิเตอร์ (Voltmeter Loading) ได้คือ
Loading Effect = 1 - Accuracyหรือ Percent Loading = 1 - Accuracy x 100% และจากสมการ Accuracy ถ้าเราต้องการให้การวัดนี้มีความถูกต้อง มากที่สุดคือ 99% จะเห็นว่าจะต้องเลือกโวลท์มิเตอร์ที่มีความต้านทานภายในมากกว่าหรือเท่ากับ 100 เท่าของความต้านทานวงจรหรือความต้านทานโหลด ดังนี้
ตัวอย่าง 6) โวลท์มิเตอร์ตัวหนึ่งตั้งย่านการวัดที่ 50V ใช้วัดวงจรที่จุด A-B ดังรูป โวลท์มิเตอร์ตัวนี้มีค่า Sensitivity 20KW/V. จงหา
ก)ค่าแรงดันจริงในวงจรที่จุด A-B นี้
ข)ค่าความถูกต้อง (Accuracy) ของการวัดนี้
ค)ค่า Percent Loading ของ Voltmeter นี้
ง)ค่าแรงดันที่อ่านได้จากมิเตอร์นี้
