Cốt lõi của nguyên tắc làm việc của đồng hồ đo điện áp AC là chuyển đổi tín hiệu AC sang tín hiệu DC có thể đo được hoặc đo trực tiếp bằng cách sử dụng các đặc tính của AC và cuối cùng phản ánh giá trị điện áp bằng cách làm lệch con trỏ hoặc hiển thị kỹ thuật số. Chìa khóa nằm ở việc giải quyết vấn đề "thay đổi giá trị tức thời" của dòng điện xoay chiều - kích thước và hướng của dòng điện xoay chiều thay đổi theo chu kỳ thời gian và không thể đo trực tiếp bằng đồng hồ DC và do đó cần được xử lý bằng mạch cụ thể để chuyển đổi nó thành tín hiệu ổn định tương ứng với giá trị hợp lệ (hoặc trung bình).
Đồng hồ đo điện áp AC chỉnh lưu: chỉnh lưu trước khi đo DC
Đây là loại đồng hồ đo điện áp AC phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi đặc biệt trong các thiết bị kiểu con trỏ, cốt lõi là chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều thông qua mạch chỉnh lưu.
Chỉnh lưu nửa sóng: Sử dụng độ dẫn một chiều của điốt, chỉ cho phép một nửa dương (hoặc nửa âm) của dòng điện xoay chiều đi qua. Ví dụ, trong nửa tuần dương, một diode dẫn và dòng điện chạy qua đầu đồng hồ; Diode bị cắt ở nửa tuần âm và không có dòng điện ở đầu đồng hồ. Đầu đo thực tế là giá trị trung bình sau khi chỉnh lưu nửa sóng, sau đó được chuyển đổi thành giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều thông qua quy mô (có tỷ lệ cố định giữa giá trị hiệu dụng của sóng sin và giá trị trung bình: giá trị hiệu dụng=giá trị trung bình × 1,11).
Chỉnh lưu sóng đầy đủ: Thông qua mạch chỉnh lưu cầu (bao gồm 4 điốt), cả nửa tuần dương và âm của dòng điện xoay chiều đều được chuyển thành dòng điện DC theo cùng một hướng, cho phép đầu đồng hồ có dòng điện đi qua trong suốt chu kỳ. So với chỉnh lưu nửa sóng, đầu ra của chỉnh lưu toàn sóng ổn định hơn và độ chính xác đo cao hơn, cũng cần hiển thị giá trị hợp lệ thông qua chuyển đổi quy mô.
Thiết bị điện từ hoặc điện từ: sử dụng trực tiếp hiệu ứng từ trường của dòng điện xoay chiều
Loại dụng cụ này không cần chỉnh lưu và có thể đo trực tiếp dòng điện xoay chiều, dựa trên nguyên tắc lực của từ trường được tạo ra bởi dòng điện xoay chiều đối với các bộ phận có thể di chuyển.
Đồng hồ đo điện áp hệ điện từ: có cuộn dây cố định và tấm sắt di chuyển bên trong. Khi dòng điện xoay chiều đi qua một cuộn dây cố định, từ trường biến đổi chéo được tạo ra, và các mảnh sắt có thể di chuyển được từ hóa và bị lệch hướng bởi tác động của lực từ trường. Vì hướng từ trường của dòng điện xoay chiều thay đổi theo hướng dòng điện, nhưng hướng từ hóa của tấm sắt cũng thay đổi đồng bộ, hướng lệch vẫn không thay đổi. Góc lệch của con trỏ tỷ lệ thuận với bình phương giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều, do đó giá trị điện áp được chỉ ra bằng thang đo.
Đồng hồ đo điện áp dòng điện: bao gồm các cuộn dây cố định và cuộn dây có thể di chuyển, cả hai nối tiếp với mạch được đo. Khi dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây, từ trường biến đổi chéo được tạo ra và lực tương tác giữa hai cuộn dây (hướng được xác định bởi hướng của dòng điện) làm lệch cuộn dây có thể di chuyển. Do sự thay đổi đồng bộ hướng hiện tại của dòng điện xoay chiều, hướng lực không thay đổi, góc lệch tương quan với bình phương giá trị hiệu dụng điện áp, giá trị hiệu dụng có thể được hiển thị trực tiếp sau khi hiệu chuẩn.
Đồng hồ đo điện áp AC kỹ thuật số: đo bằng xử lý kỹ thuật số
Các bảng kỹ thuật số hoạt động phức tạp hơn và cốt lõi là chuyển đổi tín hiệu AC tương tự thành tín hiệu kỹ thuật số.
Chỉnh lưu và lọc: Đầu tiên chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng điện DC xung thông qua mạch chỉnh lưu, sau đó làm mịn mạch lọc thành tín hiệu DC ổn định (phản ánh giá trị trung bình hoặc giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều).
Chuyển đổi A/D: Sử dụng bộ chuyển đổi tương tự số (ADC) để chuyển đổi tín hiệu analog DC thành tín hiệu kỹ thuật số, quá trình này lấy mẫu, định lượng tín hiệu.
Tính toán và hiển thị: Bộ vi xử lý xử lý tín hiệu kỹ thuật số (chẳng hạn như chuyển đổi thành giá trị hợp lệ dựa trên đặc tính dạng sóng) và cuối cùng xuất ra giá trị điện áp qua màn hình hiển thị. Bảng kỹ thuật số có độ chính xác cao và cũng có thể bù lỗi đo bằng thuật toán cho các dạng sóng khác nhau, chẳng hạn như sóng không sin.
Chìa khóa: Logic đo lường với "giá trị hợp lệ" làm cốt lõi
Bất kể loại nào, giá trị hiển thị cuối cùng của đồng hồ đo điện áp AC thường là giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều (giá trị hiệu dụng của sóng sin bằng đỉnh của nó chia cho √2) vì giá trị hiệu dụng thực sự phản ánh lực làm việc của dòng điện xoay chiều (như tính toán công suất điện). Ví dụ, chúng ta thường nói "220V" có nghĩa là giá trị hợp lệ của nó, tương ứng với đỉnh khoảng 311V.
Tóm lại, bản chất của đồng hồ đo điện áp AC là thông qua chỉnh lưu, tác dụng điện từ hoặc xử lý kỹ thuật số, chuyển đổi dòng điện xoay chiều thay đổi thành tín hiệu có thể đo được ổn định, cuối cùng được trình bày dưới dạng giá trị hiệu quả để đạt được lượng chính xác điện áp AC.