DC AMP Meter
.jpg)
\
เครื่องวัดไฟฟ้ากระแสตรง
เครื่องวัดไฟฟ้ากระแสตรง
เป็นเครื่องวัดไฟฟ้าที่เป็นระบบอะนาลอกและดิจิตอล เช่น เครื่องวัดกระแสไฟฟ้า(แอมมิเตอร์ ) เครื่องวัดแรงดันไฟฟ้า(โวทล์มิเตอร์) เครื่องวัดความต้านทาน
แอมมิเตอร์ (Ammeter) เป็นเครื่องมือที่ใช้สำหรับวัดปริมาณกระแสไฟฟ้า
(I) ในวงจร ปกติแล้วแอมมิเตอร์จะใช้ต่ออนุกรม (Series) กับวงจรที่จะวัดกระแสเสมอ และเพื่อไม่ให้มีผลกระทบกับระดับกระแสในวงจร แอมมิเตอร์จะต้องมีค่าความต้านทานตํ่ากว่าความต้านทานรวม
ของวงจรมาก ๆ เครื่องวัด PMMC ถูกนำมาใช้เป็นแอมมิเตอร์ซึ่งการบ่ายเบนของเข็มชี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสที่ไหลผ่านขดลวด
อย่างไรก็ตามการบ่ายเบนของเข็มชี้ที่มากที่สุดต้องถูกกระทำได้โดยกระแสจำนวนน้อยและขดลวดที่ใช้เป็นเส้นลวดขนาดบาง
ซึ่งจะถูกทำลายได้ง่ายถ้ามีกระแสสูง ๆ ดังนั้นถ้ามีกระแสสูง ๆ เครื่องวัดจะต้องปรับปรุงเพื่อให้วัดกระแสทั้งหมดได้
โดยต่อความต้านทานขนาน (Shunt resistance ;
Rsh) รอบ ๆ ขดลวดของมิเตอร์ เพื่อให้กระแสส่วนน้อยเท่านั้นไหลผ่านขดลวดเคลื่อนที่ของมิเตอร์
ชันต์ (Shunt) หรือความต้านทานค่าตํ่าจะถูกต่อขนานกับขดลวดเครื่องวัด
ตัวชันต์นี้บางครั้งอ้างอิงถึง “ความต้านทาน 4 ขั้วต่อ” (Four terminal resister) เพราะว่ามีขั้วต่อ
2 ชุดเป็นขั้วต่อแรงดันและขั้วต่อกระแส ซึ่งต้องต่อความต้านทานขนาน
(Rsh) กับขดลวดตรงข้อต่อกระแส เมื่อต้องการวัดกระแสได้หลายระดับ
สเกลของแอมมิเตอร์
กระแสแอมมิเตอร์รวม (IT) คือ
10 mA เมื่อเครื่องวัดขดลวดเคลื่อนที่แสดงค่า FSD ดังนั้นสเกลของแอมมิเตอร์ (Ammeter scale) สามารถปรับแต่สำหรับ
FSD เป็นค่า 10 mA เมื่อเข็มชี้แสดงค่า
0.5 FSD และ 0.25 FSD ระดับของกระแสคือ
5 mA และ 0.25 mA ตามลำดับ ดังนั้น สเกลของแอมมิเตอร์อาจจะปรับแสดงเป็นแบบเชิงเส้นได้จากตำแหน่ง
0-10 mA แสดงสเกลหน้าปัทม์สเกลเป็นเชิงเส้นที่ปรับแล้วสำหรับวัด
ความต้านทานต่อขนาน
ถ้าซันต์ที่ถูกใช้มีค่าความต้านทานน้อยกว่าเดิม
กระแสซันต์และกระแสมิเตอร์รวมจะมีค่าสูงกว่าระดับที่คำนวณได้ ดังนั้นค่าความต้านทานต่อขนาน (Shunt resistance; Rsh) นี้สามารถที่จะทำให้เครื่องวัดแบบ
PMMC เป็นแอมมิเตอร์สำหรับวัดกระแสที่ระดับต่าง ๆ ได้ ค่า
Rsh
ความต้านทานสแวมปิ้ง
ขดลวดเคลื่อนที่ในเครื่องวัด PMMC จะพันด้วยลวดทองแดงขนาดเบา และมีการเปลี่ยนค่าความต้านทานเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป
ผลจากความร้อนของกระแสขดลวดอาจจะเพียงพอที่ทำให้ความต้านทานเปลี่ยนไป ซึ่งจะเป็นผลให้การวัดค่ากระแสเกิดค่าผิดพลาดขึ้นได้
ดังนั้นเพื่อลดปัญหาของการที่ทำให้ค่าความต้านทานเปลี่ยนไปจึงใช้ “Swamping
resistance” (ทำมาจาก Manganin หรือ
Constantan) ต่ออนุกรมกับขดลวด Manganin หรือ
Constantan จะมีความต้านทานต่อสัมประสิทธิ์ของอุณหภูมิให้มีค่าใกล้
“O” ถ้าความต้านทานสแวมปิ้งเป็น 9 เท่า ของความต้านทานขดลวด
การเปลี่ยนแปลง 1% ในความต้านทานขดลวดจะมีผลต่อความต้านทานรวมทั้งหมด
(สแวมปิ้งบวกกับขดลวด) ให้มีค่าเปลี่ยนแปลงเพียง
0.1%
แอมมิเตอร์หลายพิสัย
วงจรของแอมมิเตอร์ (Multirange Ammeter) หลายพิสัย โดยใช้สวิตช์เป็นตัวเลือกความต้านทานต่อขนานที่มีค่าแตกต่างกันไป
สวิตช์สัมผัสอยู่ที่ตำแหน่ง A กับ B ความต้านทานต่อขนานกับเครื่องวัด
คือ R1
สวิตช์สัมผัสอยู่ที่ตำแหน่ง A กับ C ความต้านทานต่อขนานกับเครื่องวัด
คือ R2
สวิตช์สัมผัสอยู่ที่ตำแหน่ง A กับ D ความต้านทานต่อขนานกับเครื่องวัด
คือ R3
สวิตช์สัมผัสอยู่ที่ตำแหน่ง A กับ E ความต้านทานต่อขนานกับเครื่องวัด
คือ R4
จะเห็นว่าสวิตช์เลือกความต้านทานต่อขนานเฉพาะแต่ละตัว
เรียกการต่อวงจรของแอมมิเตอร์หลายพิสัยนี้ว่า การต่อแบบ “อินดิวิดวล" (Individual) มีข้อดีคือ สะดวกและง่ายต่อการคำนวณออกแบบสร้าง แต่มีข้อเสียคือ ขณะทำงานการวัดกระแสในวงจรถ้าต้องการเปลี่ยนพิสัยจะต้องปลดปล่อยสายวัดออกจากวงจรที่ทำการวัดกระแสอยู่เสียก่อนจึงเปลี่ยนพิสัยได้
ไม่เช่นนั้นจำนวนกระแสที่วัดจะไหลไปยังมิเตอร์ทั้งหมดทำให้มิเตอร์ชำรุดได้ จึงมีการแก้ไขข้อบกพร่องนี้โดยการต่อความต้านทานแบบใหม่เป็นแบบ
“อาร์ตันซันต์” (Ayrton shunt) ซึ่งจะมีความต่อขนานอยู่กับมิเตอร์ตลอดเวลา
เมื่อมีการวัดกระแสหรือขณะเปลี่ยนพิสัยการวัดค่า ความต้านทาน R1 R2 และ R3 ต่อกันแบบ Ayrton shunt ถ้าสวิตช์สัมผัสอยู่ที่ “B” ความต้านทานรวมที่ต่อขนานกับเครื่องวัดคือ
(R1 + R2+R3 ) ความต้านทานมิเตอร์ เมื่อสวิตช์สัมผัสอยู่ที่
“C” (รูปที่ 6.5(ข)) ความต้านทาน
R3 จะต่ออนุกรมกับมิเตอร์คือ (R3 +Rm) ความต้านทานขนานคือ
(R1 +R2) ทำนองเดียวกันถ้าสวิตช์สัมผัสอยู่ที่ “D” ความต้านทาน R1 ต่อขนานกับ (R1 +R2 +R3)
ลักษณะของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
แอมมิเตอร์กระแสตรงเป็นมิเตอร์วัดปริมาณการไหลของกระแสไฟตรง(DC)
ที่ไหลผ่านในวงจรไฟฟ้า การวัดกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านในวงจรไฟฟ้า เหมือนกับการวัดกระแสน้ำที่ไหลผ่านไปในท่อน้ำ
การวัดดังกล่าวต้องตัดวงจรออก และใช้มิเตอร์แทรกเข้าไป ต่อมิเตอร์วัดการไหลของน้ำเข้าวงจรน้ำ
ต่อมิเตอร์วัดการไหลของกระแสไฟฟ้าเข้าวงจรไฟฟ้า กระแสน้ำและกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านมิเตอร์
การต่อมิเตอร์ทั้งสองต้องต่ออันดับหรืออนุกรม (Series) กับวงจรที่ทำการวัดเสมอลักษณะการต่อแสดงดังรูป
เป็นการต่อแอมมิเตอร์กระแสตรงวัดกระแสไฟฟ้าตรง แอมมิเตอร์กระแสตรงต้องต่อแบบอันดับกับวงจรไฟฟ้า
สามารถต่อได้ทุกจุดในวงจร แต่ต้องระมัดระวังในเรื่องขั้วต่อของแอมมิเตอร์กระแสตรง โดยต้องตรงกับขั้วของแหล่งจ่ายแรงดัน
ใช้หลักการดังต่อไปนี้ ใกล้ขั้วบวกต่อบวก ใกล้ขั้วลบต่อลบ หมายถึงถ้าต่อแอมมิเตอร์กระแสตรงใกล้แหล่งจ่ายแรงดันขั้วบวก
ก็ใช้แอมมิเตอร์กระแสตรงขั้วบวกต่อ ถ้าต่อแอมมิเตอร์กระแสตรงใกล้แหล่งจ่ายแรงดันขั้วลบ
ก็ใช้แอมมิเตอร์กระแสตรงขั้วลบต่อ จากรูปที่ 2.6 ซ้ายมือของแอมมิเตอร์กระแสตรงใกล้ขั้วบวกของแบตเตอรี่ก็ต่อขั้วบวกเข้าไป
ส่วนขั้วลบของแอมมิเตอร์กระแสตรงก็ต่อผ่านตัวต้านทานไปยังขั้วลบของแบตเตอรี่
การออกแบบวงจรแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
1.แอมมิเตอร์หนึ่งย่านวัด
รูปที่
แสดงการนำตัวต้านทานมาต่อขนานมิเตอร์มูฟเม้นท์ เพื่อให้วัดกระแสได้มากขึ้น
Rm = ความต้านทานของขดลวดเคลื่อนที่
Rsh = ความต้านทานที่นำมาต่อขนาน
Im = กระแสสูงสุดที่มิเตอร์มูฟเมนต์รับได้
Ish = กระแสไหลผ่านตัวต้านทานขนาน
I = กระแสทั้งหมดที่ไหลผ่านวงจร
Rsh = ความต้านทานที่นำมาต่อขนาน
Im = กระแสสูงสุดที่มิเตอร์มูฟเมนต์รับได้
Ish = กระแสไหลผ่านตัวต้านทานขนาน
I = กระแสทั้งหมดที่ไหลผ่านวงจร
2.แอมมิเตอร์หลายย่านวัด
เราสามารถออกแบบแอมมิเตอร์ให้วัดกระแสได้หลายย่านวัดเพื่อความสะดวกในการนำไปใช้งาน
ซึ่งเราจะไม่ออกแบบเหมือนกับแอมมิเตอร์หนึ่งพิสัยวัด แล้วนำตัวต้านทานแต่ละค่ามาต่อขนานกับมิเตอร์มูฟเม้นท์โดยใช้สวิทซ์เป็นตัวเลือก
เพราะอาจเป็นอันตรายต่อมิเตอร์มูฟเม้นท์ได้ เมื่อมีการเปลี่ยนพิสัยวัด ดังรูป
I1/I2=Rx/Rsh
เมื่อ I1 = กระแสที่จะวัดพิสัยที่
1
I2 = กระแสที่จะวัดพิสัยที่
2
Rx = ความต้านทานที่ขนานกับมิเตอร์มูฟเม้นท์พิสัยที่
2
Rsh=
ความต้านทานที่ขนานกับมิเตอร์มูฟเม้นท์ทั้งหมด
ผลการโหลดของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
ปกติแอมมิเตอร์ที่นำมาต่อเพื่อวัดกระแสในวงจร ควรจะมีความต้านทานภายในเป็นศูนย์
แต่ในความเป็นจริงแอมมิเตอร์จะมีความต้านทานของขดลวดหรือความต้านทานภายในอยู่ จึงทำให้เกิดปัญหา
Ammeter loading ขึ้นเช่น ในกรณีที่ความต้านทานของโหลดมีค่าใกล้เคียง
หรือน้อยกว่าความต้านทานของแอมมิเตอร์ ค่าที่อ่านได้จากแอมมิเตอร์จะคลาดเคลื่อนไปจากความจริง
วิธีการอย่างหนึ่งที่จะช่วยลดปัญหานี้ คือการเปลี่ยนย่านการวัดให้สูงขึ้นเพื่อทำให้ความต้านทานของแอมมิเตอร์ต่ำลง
เครื่องวัดจึงจะมีความถูกต้องมากขึ้น
สัญลักษณ์และการวัดกระแสไฟฟ้าตรงของ DC
amp
ความไวของแอมมิเตอร์
ความไวในการวัด (Sensitivity) เป็นความสามารถของเครื่องวัดไฟฟ้าในการตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านส่วนเคลื่อนที่ของเครื่องวัดเครื่องวัดไฟฟ้าที่มีความไวในการวัดต่างกัน
จะมีผลในการวัดวงจรไม่เท่ากัน กรณีเครื่องวัดสองตัวรับปริมาณกระแสเท่ากัน
เข็มชี้ของเครื่องวัดที่มีความไวสูงกว่าจะบ่ายเบนได้มากกว่าเข็มชี้ของเครื่องวัดที่มีความไวต่ำกว่า
ผลกระทบจากการเป็นโหลดของโวลท์มิเตอร์
ดังนั้นแรงดันที่ตกคร่อมอุปกรณ์จะลดลงด้วยเมื่อโวลท์มิเตอร์ถูกต่ออยู่การลดลงนี้อาจเกิดขึ้นจากความไวของโวลท์มิเตอร์เราเรียกผลกระทบนี้ว่าการเป็นโหลดของโวลท์มิเตอร์ (voltmeter loading) และเรียกผลความคลาดเคลื่อนแบบนี้ว่าความคลาดเคลื่อนจากการเป็นโหลด (loading error)
การปรับแต่งเครื่องมือวัดไฟตรง
เทคนิคสำหรับการปรับแต่งเครื่องมือวัดที่ใช้ส่วนเบี่ยงเบนแบบดาร์ซันวาลอาจทำได้โดยการปรับเทียบกับเครื่องมือวัดมาตรฐานและกำหนดให้เป็นเครื่องมือวัดที่มีความถูกต้องโวลท์มิเตอร์ไฟตรง สามารถปรับแต่งโดยวิธีการนี้ได้แสดงดังรูปที่ 2.25โวลท์มิเตอร์ที่ใช้ทดสอบ(V)จะถูกเปรียบเทียบค่าที่อ่านได้กับเครื่องมือวัดมาตรฐาน(M)รูปที่ 2.25 แสดงวงจรการปรับแต่งโวลท์มิเตอร์ไฟตรงที่มา (Larry and Foster, 1995, p.48)แอมป์มิเตอร์ไฟตรงก็สามารถใช้วิธีการเปรียบเทียบแบบนี้ได้โดยต้องเลือกใช้ความต้าน
ทานมาตรฐาน(RS)และโวลท์มิเตอร์มาตรฐาน(M)ดังรูปที่ 2.26แอมป์มิเตอร์ทดสอบ(A)จะถูกเปรียบเทียบกับค่ากระแสที่คำนวณได้จากกฎของโอห์มเมื่อเราทราบค่าแรงดันและความต้านทานมาตรฐานดังกล่าว
รูปที่ 2.26 แสดงวงจรการปรับแต่งแอมป์มิเตอร์ไฟตรงที่มา (Larry and Foster, 1995, p.48)
สำหรับโอห์มมิเตอร์สามารถปรับแต่งได้โดยการใช้โอห์มมิเตอร์ทดสอบกับค่าความต้านทานมาตรฐานและสังเกตค่าที่อ่านได้อย่างไรก็ตามถ้าต้องการวัดค่าความต้านทานให้มีความเที่ยงตรงสูงอาจวัดด้วยวงจรบริดจ์ซึ่งจะกล่าวถึงในบทต่อไป
บทสรุป
ส่วนเบี่ยงเบนแบบดาร์ซันวาลเป็นอุปกรณ์ตอบสนองกับค่ากระแสโดยตรงใช้วัดได้เฉพาะค่ากระแสน้อยๆเท่านั้นเมื่อต้องการใช้ประโยชน์จากส่วนเบี่ยงเบนนี้ให้มากขึ้นจะต้องประกอบเข้ากับวงจรภายนอกจะสา
มารถวัดค่ากระแสได้มากขึ้นโดยการต่อความต้านทานขนานวัดค่าแรงดันได้เพิ่มขึ้นโดยการต่อความต้านทานอนุกรมและวัดค่าความต้านทานโดยการต่อแบตเตอร์รี่และความต้านทานชี้ค่าศูนย์
50แอมป์มิเตอร์และโวลท์มิเตอร์ทั้งหลายจะทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนได้เมื่อถูกต่อเข้ากั
บวงจรเนื่องจากสภาพการเป็นโหลดของเครื่องมือวัดนั่นเองดังนั้นเราจะต้องเลือกอัตราความไวเมื่อ
ใช้โวลท์มิเตอร์เป็น 20 กิโลโอห์มต่อโวลท์หรือมากกว่านั้นและเครื่องมือวัดเหล่านี้อาจถูกใช้ในห้องปฏิบัติการเป็นเครื่องมือวัดที่เรียกว่า มัลติมิเตอร์
เอกวัฒน์ ตองอ่อน 55070500454 ห้องB
อ้างอิง
หนังสือ ELECTRONIC INSTRUMENTATION, 3E
หนังสือ :Electronic Measurements and Instrumentation
: Calibration: philosophy in Practice Edition ของ Fluke Corporation, U.S.A.
: Electrical System Desigh
: http://www.lampangtc.ac.th/lptc/sub-web/racharwit/content/03-content.htm
: http://img43.imageshack.us/img43/4282/28935969.pdf
: ชิดเชื้อ กนกเพ็ชรรัตน์. เครื่องมือและการวัดอิเล็กทรอนิกส์. ปทุมธานี: สกายบุกส์, 2547.
: เอกสารประกอบการสอน EEE 260 โดย อ.ธวัชชัย ชยาวนิช
