지시계기

AC 계기

AC 계기

• 계기에 AC 가 인가되면 지침은 +/- 반주기 동안 눈금 주위를 왔다 갔다 함

• AC 계기는 지침의 회전하는 힘이 각 반주기에서 동일한 방향으로 갖도록 해야 함

• 방법

- AC 를 정류 (rectify) 하여 정류된 전류가 가동코일에 인가되도록 하는 방법

- AC 의 발열효과를 이용하여 전류의 크기에 대한 지시치를 얻는 방법

1. 전류력계형계기

2. 정류형계기

3. 다중측정계기

4. 열형계기

전류력계형 계기

• 동일한 눈금으로 되어있으며 직교류 ( 전압 , 전류 ) 양용으로 사용이 가능

• 양분되어 있는 고정코일이 가동코일의 회전에 필요한 자계를 형성하는데 , 이는 측정하려는 전류에 의해서 발생되므로 그 전류의 크기를 지침으로 표시

① 구조 • 양분되어 있는 두 고정코일은 가동코일과 직렬로 연결되어 있으며 측정코자 하는 전류가 인가• 가동코일의 회전은 스프링에 의해 제어• 계기의 동작에 영향을 미치는 표류자계로부터 계기를 보호하기 위해 성층차폐 ( 성층철심을 이용 laminated core)

• 제동장치는 알루미늄 제동날개를 사용

전류력계형 계기

② 동작

자계 내에 장치된 코일의 회전하는 힘에 의해 동작

이때의 회전력 는 으로 표현

는 고정코일에 흐르는 전류에 비례하므로 편위전류 , , 에 정비례

와 은 주어진 계기에 대하여 상수이므로 는 전류제곱 , , 의 함수

DC 용 설계

저전류 값에서 눈금간격이 소밀하고 고전류 값에서 눈금간격이 넓어지는 자승법칙의 눈금

AC 용 설계

순간의 회전하는 힘은 순시전류 자승 ( ) 에 비례하는 눈금

2INAIB

NIABT T

T

2i

RdtiT

RdtiT

RIIVPTT

0

2

0

22 11

은 저항 에서 1A 의 DC 에 의해 발생하는 열의 평균정격 (Watt)

는 저항 에서 한 주기 동안 암페어의 AC 에 의해 발생하는 열의 평균정격

RI 2

R

R

iRdtiT

T

021

전류력계형 계기

즉 , 이 때의 전류 값은 dtiT

IT

0

21

V/3010 전류력계형 계기는 저항을 직렬로 연결 ( ) 함으로써 전압계로도 사용 가능

AC 전류의 rms 혹은 실효치 = 등가 DC 값

단점

• 측정될 전류는 가동코일을 흐를 뿐만 아니라 자속을 발생 시켜야 하므로 높은 소비전력

• 이러한 고전력 소비에도 불구하고 발생자계는 PMMC 계기에 비해서 훨씬 약함

• 전류력계형 계기의 자속밀도는 60 Gauss 로서 PMMC 계기의 자속밀도인 1,000 – 4,000 Gauss 에 비해서 감도가 낮음

정류형 계기정류형 계기는 AC 의 측정에 사용

정류기를 통하여 AC 를 DC 로 변환한 후 정류된 AC 를 다시 DC 계기로

측정(AC 용 계기 보다 DC 용 계기가 높은 감도를 갖기 때문 )

① 구조

정류기 회로와 PMMC 계기로 구성정류기 소자는 Ge 혹은 Si Diode 로 구성4 개의 Diode 를 사용한 Bridge 형 전파정류회로 (fullwave rectification) 사용

정류형 계기

② 동작

전파정류된 신호를 이용

평균치 :

실효치 :

rmsrmsdc III22

2

22

0

2

0

2 2sin4

1

2

1sin

1

tt

IdttII m

mrms

mmmdc IItdtII 636.02

sin1

0

mmm III 707.02

2

2

1 2

정류형 계기 ( 예제 )

AC 전압계

PMMC 계기의 내부저항 , 최대눈금 편위전류 , 입력단자에 AC 인가

계기가 최대눈금 편위가 되도록 배율기 계산 ( 이상적인 다이오드의 순방향 저항은 0)

50 mA1 rmsV10

sR

rmsrmsdc EEE 9.022

VVEdc 9109.0

이상적인 다이오드의 순방향 저항은 0 이므로 , 총 회로 저항은

mst RRkmA

VR 9

1

9 950,850000,9sR

다중측정계기두 개의 다이오드로 꾸며진 반파정류 회로로 구성

D1 : 입력파형의 ‘ +’ 반 주기 동안만 ON. 계기는 이 반 주기의 평균치에 대해서

편위

D2 : 입력파형의 ‘ -’ 반 주기 동안만 ON. 전류는 반대방향이므로 계기를 바이패스

반파 정류에 대한 정현파의 DC 성분은 실효치의 0.45배

DC 와 AC 전압에 동일한 눈금을 사용하려면 AC 측정범위에 대한 배율기의 저항은

비례적으로 더 낮아야 함

mmdc EEE1

2

12

mrms EE2

2 rmsrmsdc EEE 45.0

2

다중측정계기 ( 예제 )

PMMC 계기의 내부저항 100Ω, 최대눈금 편위전류 DC 1mA, 분류기 저항 100Ω,

( 두 다이오드의 순방향 저항은 400Ω, 역방향 저항은 ∞ )

(a) 10V AC 측정범위에서 배율기 의 값 (b) 10V AC 측정범위에서 전압계의 감도 sR

shRmR mAI t 2

VVEE rmsdc 5.41045.045.0

과 가 모두 이므로100

반파정류된 AC 전압의 등가 DC 값은

따라서 , 계기의 총 저항은

250,22

5.4

mA

V

I

ER

t

dct

그러나 , 계기에 전류가 흐르는 반주기 동안의 회로 총저항은

450200

1001004001 ss

shm

shmDst RR

RR

RRRRR

800,1450250,2450ts RR )/(22510

250,2VS

열형계기

• 전류가 흐르고 있는 열선 ( 저항선 ) 에서 발생하는 열 에너지를 이용하여 값을 표시• 전류에 의해 발생되는 열은 전류의 제곱에 비례 (      ) 하고 , 온도상승 ( 발생 DC 전압 ) 은 실효치 전류의 제곱에 비례하는 원리를 이용• 자승눈금

RI 2

구조 및 동작 • CE 와 DE 는 주위의 온도에 변하지 않는 열용량이 큰 다른 두개의 금속으로 구성 ( 망가닌 - 콘스탄탄 혹은 콘스탄탄 - 니크롬 )

• AEB 는 열접점 ( 열선 ) 으로 이 열선에 전류를 흘리면 발생되는 열 에너지는 C 와 D 간의 온도차에 비례한 직류의 기전력을 발생

• 즉 , 이 전위차는 PMMC 계기를 통해서 흐르는 DC 전류의 값으로 표시

열형계기

열전대형 계기의 온도 보상

• 열선 AEB 를 통하여 흐르는 전류에 비례하여 열전대 CED 에 열기전력 발생

• 발생된 전압은 열전대의 냉접점과 열접점 사이의 온도차의 함수이어야 하므로 온도차는 측정하려는 전류에 의해서만 발생되어야 함

• 정확한 측정을 위해서 점 C 와 D 는 점 A 와 B 의 평균 온도가 되어야 함 ( 별개의 구리조각 중심에 열전대 C 와 D 의 양끝을 붙임으로 만들어짐 )

• 구리조각은 A 와 B 사이에서 열적으로 접촉되며 전기적으로는 절연된 상태

브리지형 열전대 소자 • 낮은 범위 전류의 측정 (0.1-0.75A) 에 적합• 분리된 열선을 사용하지 않음• 측정하려는 전류는 열전대에 직접 흐르고 열전대의 온도를 에 비례해서 상승 시킴