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====== Voltmetro ======

==== Descrizione ====

Il Voltmetro è uno strumento in grado di misurare la [[fisica:esperienze: lavoro_campo_differenza_di_potenziale |differenza di potenziale]] tra due punti in un circuito. L'unità di misura è il Volt (V).\\
I voltmetri si distinguono in:\\
**voltmetri digitali**\\
**voltmetri analogici**\\

oppure in:\\
**voltmetri per correnti continue;**\\
**voltmetri per correnti alternate;**\\
**voltmetri per correnti continue e alternate.**\\
A volte sono preceduti da prefissi come microvoltmetri, millivoltmetri o kilovoltmetri a seconda della portata.\\
In questo contesto non ci occupiamo degli **strumenti da quadro** che pure rivestono una grande importanza, ma illustriamo quelli che si sono succeduti storicamente nell’ambito dei laboratori scolastici, con due eccezioni.\\

Oggi, nell’uso più comune, il voltmetro è una delle funzioni del multimetro digitale che ha sostituito il tester elettronico con scala analogica.\\ Prima di questo era molto diffuso il tester analogico il cui elemento sensibile è la bobina  mobile immersa nel campo di un magnete permanente. Questo dispositivo, tuttora valido, risale allo strumento della Weston Electrical Corp.  sviluppato nel 1888.
[{{ :fisica:strumenti:voltampweston.jpg?400 |Immagine da   https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/volts_amperes438/}}]\\

**Voltmetri digitali**\\
Il funzionamento degli strumenti digitali è molto complesso poiché richiede conoscenze di circuiti integrati e di elettronica moderna.\\ Esistono vari tipi di voltmetri digitali composti da circuiti integrati con funzioni complesse. Ma fondamentalmente essi confrontano la tensione analogica da misurare con una tensione campione generata internamente, facendo una sorta di conteggio che digitalizza la tensione da misurare e il cui risultato viene tradotto nel numero che appare sul display.\\ Dunque tra i blocchi funzionali che li costituiscono quello fondamentale è il convertitore analogico/digitale che attua la trasformazione della tensione analogica in grandezza digitale. Ma la conversione ha bisogno di altri sofisticati circuiti elettronici.\\Vi sono voltmetri a singola rampa, a integrazione semplice, a doppia rampa, a multi rampa.\\	
I voltmetri digitali di buona qualità permettono di misurare tensioni da 10 nV a 1000 V con una velocità di misura di 1 ms. Tra i molti vantaggi che presentano rispetto agli strumenti analogici è bene ricordare che essi possono interfacciarsi con un Personal Computer.\\
[{{ :fisica:strumenti: voltmetrodigitalea.jpg?400 |Immagine da  https://www.unica.it/static/resources/cms/documents/Multimetri_digitali.pdf }}]
[{{ :fisica:strumenti: Vasingolarampa.jpg?400 |Immagine da  https://antima.it/voltmetro-a-singola-o-semplice-rampa/ }}]\\
[{{ :fisica:strumenti:voltmetro.jpg?400 | Immagine da [[https://no.wikipedia.org/wiki/Vekselstr%C3%B8m | Wikipedia]]}}]
 [{{ :fisica:strumenti: fluke409rs.jpg?300 |Immagine da   https://res.cloudinary.com/rsc/image/upload/b_auto,c_pad,dpr_2,f_auto,h_399,q_auto,w_710/c_pad,h_399,w_710/R4477707-01?pgw=1}}]\\

**Voltmetri analogici**\\
Quelli analogici apparsi negli anni sono costruttivamente molto più semplici. Essi  sono i voltmetri **amperometrici** e i voltmetri  **elettrostatici**.\\

**Voltmetri amperometrici.**
I voltmetri amperometrici usano i micro  o i milliamperometri che riconducono la misura di una tensione alla misura di una corrente di piccolo valore che attraversa una resistenza ottimamente tarata.\\ La differenza fondamentale fra un amperometro e un voltmetro dunque consiste nel collegamento: un amperometro è collegato in serie al circuito di cui misura la corrente; un voltmetro è un amperometro  di piccola portata collegato in parallelo ai due punti del circuito di cui si misura la tensione.\\ In questo caso dunque la misura di tensione si riconduce ad una misura di corrente, e, per aumentare la sua portata, bisogna mettere in serie all’amperometro una resistenza ben tarata (spesso di manganina per evitare l’influenza delle variazioni di temperatura).\\ I voltmetri di precisione hanno la resistenza addizionale in manganina  pari a nove volte quella propria della bobina.\\
Vedere le figure qui sotto).\\

[{{ :fisica:strumenti: voltmetriampaeb.jpg?400 |Immagine
 da L. Olivieri E. Ravelli, Elettrotecnica Misure  Elettriche, vol. III Cedam, Padova, 1962}}]
[{{ :fisica:strumenti: voltmetromagnet.jpg?400 |immagine da L. Olivieri E. Ravelli, Elettrotecnica Misure  Elettriche, vol. III Cedam, Padova, 1962}}]\\

Nei voltmetri di pregio tanto minore è la portata quanto maggiore deve essere il rapporto tra la resistenza interna e la portata, caratterizzato dal valore in Ω/V; è accettabile un valore di 20000 Ω/V.\\  

**Voltmetro magnetoelettrico.**
È un voltmetro a bobina mobile rettangolare immersa nel campo di un magnete permanente. Derivato dal galvanometro di Deprez-d’Arsonval e modificato da Weston che ha sostituito i fili conduttori di sostegno con perni girevoli su supporti di pietre dure, ispirandosi al bilanciere oscillante degli orologi, e usando una molla a spirale per la coppia antagonista alla coppia generata dalla bobina.\\ Esso misura solo in corrente continua, ma con un raddrizzatore può misurare il valore efficace della corrente alternata e in questo caso occorrono normalmente due scale e apposite connessioni. Questo tipo era molto apprezzato per sensibilità e precisione, con scala lineare.\\
[{{ :fisica:strumenti: westoncore41.jpg?400 |Immagine da
F. Corbi Jr., Principles of permanent magnet movable coil and movable iron types of instruments, Weston Electrical Instruments Corp. 1928, Newark, N.J.}}]
[{{ :fisica:strumenti: vafigurawestonmodd1.jpg?400 |Immagine da   https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/volts_amperes438/}}]\\
[{{ :fisica:strumenti: vcompallbac.jpg?400 |Immagine da
https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/componenti_dell110/}}]\\

Uno dei primi tester  è il Weston mod. 779 Analyzer.\\

[{{ :fisica:strumenti: vomweston.jpg?400 |Immagine da
https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/analizzatore_weston7/}}]\\



I circuiti voltmetrici più semplici  in un tester come quello in figura possono essere i seguenti:
[{{ :fisica:strumenti: tstcassinellits120.jpg?400 |Immagine da   https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/tester-cassinelli-mod-ts-120-istruzioni-duso/}}]\\
[{{ :fisica:strumenti:vcccassinelli.jpg?400 |Immagine da   https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/tester-cassinelli-mod-ts-120-istruzioni-duso/}}]
[{{ :fisica:strumenti:vcacassinelli.jpg?400 |Immagine da   https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/tester-cassinelli-mod-ts-120-istruzioni-duso/}}]

**Voltmetro elettrodinamico.** 
Derivato dagli elettrodinamometri di fine "800 è formato in sostanza da una bobina mobile immersa entro il campo di una bobina fissa semplice o doppia avvolte in aria. Se queste si avvolgono su nuclei ferromagnetici lo strumento prende il nome di voltmetro ferrodinamico, che è caratterizzato da coppie motrici più forti, ma è meno preciso.\\ Vi sono poi particolari costruttivi dovuti ad esigenze di buon funzionamento che richiederebbero spiegazioni molto più dettagliate.\\ Era lo strumento migliore per le misure in C.A. e anche adatto per misure in C.C. .

[{{ :fisica:strumenti: volteldin158.jpg?400 |Immagine da L. Olivieri E. Ravelli, Elettrotecnica Misure Elettriche, vol. III Cedam, Padova, 1962}}]
[{{ :fisica:strumenti: olraveldindue.jpg?400 |Immagine da L. Olivieri E. Ravelli, Elettrotecnica Misure Elettriche, vol. III Cedam, Padova, 1962}}]\\
 [{{ :fisica:strumenti: westoneldin.jpg?400 |Immagine da https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/weston_a-c-461/}}] 
[{{ :fisica:strumenti: volteldinseb.jpg?400 |Immagine da  https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/voltmetro_elettrodinamico420/ }}]\\
[{{ :fisica:strumenti: voltsebeldin.jpg?400 |Immagine da    https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/voltmetro_elettrodinamico420/ }}]
[{{ :fisica:strumenti: veldinallbac.jpg?400 |Immagine da https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/voltmetro_elettrodinamico416/}}]\\




**Voltmetro a ferro mobile e bobina fissa.**
Il dispositivo dello strumento è costituito da una bobina fissa in rame e al suo interno dall'equipaggio mobile costituito da un piccolo nucleo di ferro dolce opportunamente sagomato eccentrico rispetto all'asse su cui è fissato l'indice nel caso di attrazione, o da due segmenti cilindrici di ferro dolce (uno fisso e uno mobile collegato all'asse con l'indice) nel caso di repulsione.\\ La coppia antagonista è ottenuta o con un contropeso o più spesso con una molla a spirale.\\ Le portate possono essere diverse con l’uso di opportune resistenze poste in serie all’equipaggio mobile.\\ Lo strumento può misurare sia in C.C. sia in C.A. ed in genere viene usato nella versione in C.A. .\\ Per gli schemi si prega di consultare la pagina Amperometro.\\
Molto robusto, ma poco preciso con una scala ricavata empiricamente per confronto con strumento campione.

[{{ :fisica:strumenti: voltmsipiefermob.jpg?400 |Immagine da https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/voltmetro-s-i-p-i-e-matr-n-838462-mod-700/}}]
[{{ :fisica:strumenti: vcgsfermob.jpg?400 |Immagine da
https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/voltmetro_c-g-s-48/}}]\\
[{{ :fisica:strumenti: scalavcgsfermob.jpg?400 |Immagine da
https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/voltmetro_c-g-s-48/}}]\\

**Voltmetro termico**
I voltmetri termici si distinguono in voltmetri a filo caldo e voltmetri a riscaldamento indiretto.\\

1) Voltmetro  a filo caldo.  Un filo conduttore  sottile e sufficientemente lungo (costruito in genere con leghe di platino e iridio o platino e argento che offrono elevata resistività elettrica, resistenza meccanica, sono inossidabili e invarianti nel tempo) costituisce l’elemento sensibile che riscaldandosi al passaggio di una corrente elettrica si allunga in modo quasi proporzionale al quadrato della corrente.\\ Tale allungamento viene amplificato meccanicamente e trasmesso all’indice.\\ L’aumento di temperatura è proporzionale al quadrato della corrente e la misura che ne deriva è il suo valore efficace.\\ Pertanto è adatto sia a C.C. sia a C.A., inoltre la misura non dipende né dalla frequenza né dalla forma d’onda della corrente.\\ Però la scala non è perfettamente quadratica sia per il sistema di leve, sia per la dispersioni.\\ Le caratteristiche del filo sono necessarie  per ridurre al minimo l’inerzia termica e rendere lo strumento pronto nella risposta.
[{{ :fisica:strumenti: voltmfilocaldohb.jpg?400 |Immagine da https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/voltmetro_hartmann427/}}]
[{{ :fisica:strumenti: a_filo_caldo.jpg?400 |Immagine da
alte-messtechnik}}]\\

2) Voltmetro a riscaldamento indiretto ha il filo sensibile (in genere è costituito da una spirale piana bimetallica)  che viene riscaldato da una apposita resistenza percorsa dalla corrente. Esso è adatto come strumento da quadro.\\

**Voltmetro termoelettrico.**\\

Il voltmetro termoelettrico è costituito da un milliamperometro magnetoelettrico e da una termocoppia.\\
Adatto sia per C.C. che per C.A.\\ La costruzione più semplice è realizzata con un filo riscaldante percorso dalla corrente e nel cui punto mediano sono saldati i capi di due conduttori di metallo diverso (giunto caldo). Gli altri  due capi dei due conduttori (a temperatura ambiente) sono collegati ad uno strumento magnetoelettrico.\\ Ad esempio il filo riscaldatore dei primi esemplari poteva essere di manganina e la termocoppia di rame e di costantana. Poi si usarono ad esempio cromel-costantana, ferro-costantana, chromel-alumen, platino-platino+radio, ecc. .\\ Nel giunto caldo si genera una forza elettromotrice continua che diviene una differenza di potenziale  misurabile ai due capi freddi con uno strumento magnetoelettrico. La f.e.m. è proporzionale alla temperatura del giunto caldo e dunque  al quadrato della corrente.\\ La scala va tarata empiricamente per confronto ed è grosso modo di tipo quadratico.\\ La misura non dipende né dalla forma né dalla frequenza della corrente in esame.\\ Fin dagli anni Venti del Novecento, per piccole correnti, tutto il dispositivo termo elettrico era racchiuso in un bulbo di vetro; oppure, per portate più grandi, l’elemento riscaldatore era un grosso nastro corto collegato agli estremi con  contati di rame raffreddati da alette; la termocoppia  aveva il giunto caldo nel punto intermedio.
[{{ :fisica:strumenti: termocoppiaseh.jpg?400 |Immagine da
https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/oggetto_non67/}}]
[{{ :fisica:strumenti: sehtermocoppia.jpg?400 |Immagine da
https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/oggetto_non67/}}]\\
 [{{ :fisica:strumenti: termoelettricacroce.jpg?400 |Immagine da    https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/croce_termoelettrica18/               }}]\\


**Voltmetro a induzione (per sole correnti alternate).**\\
Il più semplice di questi strumenti è costituito da un sottile disco di alluminio o di rame che può ruotare tra i poli di due elettromagneti posti in genere a 90° fra loro come nella figura tratta da L. Olivieri E. Ravelli, Elettrotecnica Misure Elettriche Vol. III CEDAM, Padova, 1962.\\ Sull’asse di rotazione del disco è calettato l’indice e in basso vi è la molla a spirale che genera la coppia antagonista. Le due correnti alternate che percorrono i due elettromagneti sono sfasate fra loro di un angolo da cui dipende l’intensità della coppia motrice. Essa è massima per l’angolo di 90°.\\
La spiegazione del funzionamento di questo tipo di voltmetro è piuttosto lunga, pertanto esula da questo contesto.\\ Bisogna poi aggiungere che vi sono tre varianti molto usate: voltmetro a induzione con un solo elettromagnete e shaded pole di conduttore, che copre la metà della superficie del polo; voltmetro a induzione con un solo elettromagnete di costruzione particolare con una spira in corto circuito posta su una parte del nucleo polare; voltmetro a induzione a campo rotante, con un tamburo lamellare di forma particolare e con i due elettromagneti anch’essi disposti e collegati in modo molto particolare.\\
[{{ :fisica:strumenti:strumentoainduzione.jpg?400 |Immagine da
L. Olivieri E. Ravelli, Elettrotecnica Misure Elettriche Vol. III CEDAM, Padova, 1962}}]\\


**Voltmetro elettrostatico.**\\
I voltmetri elettrostatici, derivati dagli elettrometri, utilizzano per la misura delle tensioni le attrazioni elettrostatiche fra un armatura fissa e una mobile. Questi strumenti non assorbono alcuna corrente se non quella iniziale di carica, del tutto trascurabile data la loro piccolissima capacità.  Essi sono usati prevalentemente per alte tensioni dell’ordine dei kV.
[{{ :fisica:strumenti: schemakvolelettr.jpg?400 |Immagine da  https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/voltmetro_elettrostatico426/ }}]\\
[{{ :fisica:strumenti: vastat.jpg?400 |Immagine da  https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/voltmetro_elettrostatico426/ }}]
[{{ :fisica:strumenti: kvastgossleyb.jpg?400 |Immagine da  https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/voltmetro_elettrostatico268// }}]\\





**Pagina in ristrutturazione.**

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^ Esperienze possibili ^Descrizione ^
| [[fisica:esperienze_hell:trasformazione_delle_tensioni_alternate|Trasformazione delle tensioni alternate]] |
|[[fisica:esperienze:lavoro_campo_differenza_di_potenziale|Tensione elettrica]]|Spiegazione dei concetti di lavoro, campo e differenza di potenziale|


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^Sitografia ^ Descrizione^
| [[http://www.robertobigoni.it/Fisica/Studenti/Condensatore/Mignani/circuitoRC/rc/voltmetro.htm|Sito di Roberto Bigoni]]| Descrizione voltmetro digitale|
| [[http://at.dii.unipd.it/renato.gobbo/didattica/corsi/misure2_energetici/caglieri_locci/Voltmetri_amperometri_e_multimetri_2007.pdf|Sito università di Padova]]| Tipologie e funzionamento|
| [[https://no.wikipedia.org/wiki/Vekselstr%C3%B8m|Wikipedia]]| Foto di Voltmetro|

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