La misurazione della tensione viene eseguita in molte applicazioni mediante l’uso di un voltmetro, che è un dispositivo portatile che misura il potenziale o la differenza di tensione tra i terminali positivo e negativo che sono posti in contatto con posizioni in un circuito elettrico conduttivo. Poiché la tensione è definita come questa differenza di potenziale tra due punti in un circuito conduttore, ci sono molti circuiti che hanno anche una capacità di misurazione della tensione incorporata. La tensione è definita come la differenza elettrica tra due punti in un circuito che trasporta una corrente di un ampere e l’energia di lavoro di un watt, ed è una caratteristica essenziale di qualsiasi dispositivo elettrico.
Quando avviene una misurazione della tensione, se la lettura indica un valore positivo, significa che il dispositivo di misurazione della tensione sta visualizzando la vera natura del flusso di corrente all’interno del circuito, dal conduttore positivo attraverso il dispositivo di misurazione della tensione al conduttore negativo e ritorno nel circuito. Se il voltmetro indica un valore negativo, significa che i cavi positivo e negativo sono invertiti e la corrente scorre effettivamente in una direzione inversa. Indipendentemente dal modo in cui i cavi di un voltmetro sono posizionati nei punti di un circuito, la misurazione della tensione è un indicatore solo di una differenza di potenziale, in due punti di un circuito, ed è in senso stretto una misurazione variabile e non del flusso di corrente effettivo.
La corrente scorre dal potenziale positivo a quello negativo in un circuito. I voltmetri lo indicano come valore positivo sulle letture. È anche vero che l’effettivo flusso fisico di elettroni nei circuiti è nella direzione opposta da negativo a positivo, come effetto di controbilanciamento del flusso di corrente. La misurazione della tensione viene spesso confusa con il flusso di corrente, ma il flusso di corrente viene effettivamente misurato in ampere, mentre la tensione può essere vista come un’istantanea nel tempo di una differenza di potenziale elettrico in due punti di un circuito.
Poiché un dispositivo di misurazione della tensione funziona, reindirizza anche parte della corrente in un circuito nel processo di misurazione attraverso l’unità. Questo modifica la tensione effettiva del circuito mentre il voltmetro è collegato. Tuttavia, la maggior parte dei voltmetri è costruita per avere un effetto minimo sulle prestazioni del circuito durante tali misurazioni.
Altri tipi di dispositivi circuitali esterni e integrati che misurano la tensione includono l’oscilloscopio e le schede di conversione da analogico a digitale (A/D) nei computer. Alcuni dispositivi misurano anche più della semplice tensione, come la misurazione della corrente di tensione combinata o la resistenza di un circuito, e queste unità sono chiamate multimetri. Molte versioni moderne dei dispositivi di misurazione della tensione sono digitali e forniscono un valore di lettura discreto e, nel caso dei multimetri, vengono comunemente chiamate multimetri digitali (DMM).
Le prime forme di voltmetri erano costruite sul principio analogico di una misurazione continua di un valore di tensione e avevano un indicatore graduato con un ago che fluttuava su e giù al variare della tensione. A questo proposito, assomigliano, in una certa misura, alla lettura di un oscilloscopio, che produce una visualizzazione grafica della misurazione continua della tensione in un determinato periodo di tempo. I computer utilizzano convertitori A/D per misurare la tensione e modificare la misurazione in un segnale binario che il computer comprende. Questi dispositivi prendono anche la vera tensione di ingresso in termini di segnale analogico e la cambiano in un valore digitale che il software sul computer può analizzare.