emi เครื่องมือวัดทางไฟฟ้ากระแสตรง 04

เครองมอวดไฟฟากระแสตรง (DIRECT-CURRENT METER)

บทท 4

ELECTRONIC MEASUREMENT AND INSTRUMENT DR.PRATYA MONGKOLWAI

ELECTRONIC MEASUREMENT AND INSTRUMENT PAT.M

เครองมดวดไฟฟากระแสตรง

1. เครองวดไฟฟากระแสตรง

2. แอมมเตอรกระแสตรง (DC Ammeter)

3. โวลตมเตอรกระแสตรง (DC Voltmeter)

4. การวดความตานทานโดยใช Ammeter and Voltmeter

5. โอหมมเตอร (Ohmmeter)


1. เครองวดไฟฟากระแสตรง

แสดงการทดลองของ เออรเสตด

เครองวดไฟฟากระแสตรงสวนมาก อาศยหลกการพนฐานของความสมพนธระหวางสนามแมเหลก และกระแสไฟฟาซงถกคนพบ

โดย “ฮานส ครสเตยน เออรเสตด” (Hans Christain Oersted) นกวทยาศาสตรชาวเยอรมน ในป ค.ศ.1620 พบวาสนามแม

เหลกจะเกดขนรอบๆ ตวนำไฟฟาไดเมอมกระแสไฟฟาไหลผานตวนำไฟฟา ซงสามารถทดสอบสนามแมเหลกไฟฟาทเกดขนไดโดย

การใชเขมทศมาวางใกลๆ กบตวนำไฟฟา

กฎมอขวาของ ไมเคล ฟาราเดยกฎมอขวากำหนดทศทางของ

สนามแมเหลกรอบๆ ตวนำเมอ

มกระแสไฟฟาไหลผาน

พฒนาโดย ลอรด เคลวน ใชขดลวดตวนำมาพนเปนขดวงกลมและ วางเขม

ทศใหอยตรงกลางของวงขดลวดเพอเพมความไว

(Sensitivity) ตอกระแสไฟฟาทไหลผานเปนหลก

การพนฐานของ กลวาโนมเตอร (Galvanometer)


1.1 หลกการทำงานของกลวาโนมเตอร (GALVANOMETER)

กลวาโนมเตอร คอ เครองมอทเปลยนพลงงานไฟฟา

ใหเปนพลงงานกล ซงเปนเครองวดทมความไว และ

สามารถใชตรวจวดคากระแสไฟฟาปรมาณนอยๆ ไดด

เครองวดไฟฟากระแสตรงทเรยกวา ซสเพนชน กลวาโนมเตอร

“กลวาโนมเตอรเปนเครองวดกระแสไฟฟาทได

พฒนามากอนเครองวดทใชขดลวดคลอนท

(Moving Coil) ในปจจบนกลวาโนมเตอรไมคอย

นยมใชกนมากนก เพราะไมสะดวกในการใชงานใน

การวด ทมการเคลอนทอยบอยๆ แตจะนยมใชใน

หองปฏบตการทตองการความไวสงๆ”


1.2 เครองมอวดชนดขดลวดเคลอนท (MOVING COIL METER)

ในป ค.ศ.1881 มนกวทยาศาสตรชอ แจคควส ด อารซอนวอล (Jacques d’Arsonval) ไดพฒนารปแบบของกลวา

โนมเตอรชนดขดลวดเคลอนทขนมา หรอทเรยกวา มเตอรแบบพเอมเอมซ (PMMC : Permanet Magnet Moving-

coil) ซงใชเปนหลกการทางานของเครองวดแบบอนาลอกทใช อยในปจจบน


1.2 เครองมอวดชนดขดลวดเคลอนท (MOVING COIL METER)

แสดงสวนประกอบตาง ๆ ของเครองวดชนดขดลวดเคลอนท

หลกการทำงาน


การทำงานของเครองวดชนดขดลวดเคลอนท เมอมกระแส

ไฟฟาไหลผานเขาไปในขดลวด (Moving coil) จะเกดเสน

แรงแมเหลกขนทขดลวดในทศทางททำใหเกดแรงผลกดน

ทำใหขดลวด (Moving Coil) หมนไปทางขวามอตามลำดบ

เรยกวา “แรงบด” เขมทยดตดอยกบขดลวด (Moving

Coil) จะเบยงเบนจากตำแหนงเดม (0) ไปมากหรอนอยจะ

ขนอยกบกำลงของสนามแมเหลกทผลกกนและแรง บงคบ

ตานกลบของสปรงแบบขด (Spriral Spring) ทยดตดกบ

แกนเพลาขดลวดซงปกตสปรงแบบขดกนหอยนจะเปนตวท

มความเกยวของกบสเกล (Scale) อานคา โดยสปรงแบบ

ขดกนหอยนจะถกสรางใหมกำลงตานทสมดลกบกระแส

ไฟฟาทไหลผานเขาไปนในขดลวด (Moving coil) คาทอาน

ไดจากสเกลกคอ คา ปรมาณของกระแสไฟฟาทวดไดนน

เอง

แสดงลกษณะโครงสรางชดทเคลอนทของเครองวดไฟฟาแบบ PMMC


1.3 สเกลของเครองวดไฟฟากระแสตรงแรงบดขบซงเกดจากการจายกระแสไฟฟาใหคอยลหมน (Moving coil) มหนาททำใหสวนทเคลอนไหวของเครองวด (Meter

Movement) คอเขมชและคอยลหมนเคลอนทปรมาณแรงบดขบ หาไดจากสมการดงน


1.3 สเกลของเครองวดไฟฟากระแสตรง

แสดงการจดวางตำแหนงเขมชและสเกลในสนามแมเหลก

คา N, B และ A ในสมการหาคาแรงบด จะมคาคงท นอกจากนเมอพจารณาในรป (a) จะเหนวาเขมของเครองวดกบทศ

ทางของฟลกซแมเหลกตงฉากกน ตลอดแนวการเคลองทของเขมช ดงนนจงเขยนสมการหาคาแรงบดขบใหม

ไดเปนดงน

จากสมการจะพบวาคาแรงบด T จะแปรผนตามคากระแส (I) เพยงอยางเดยว ดวยเหตนสเกลแตละชองของเครองวด

ไฟฟากระแสตรงจงมขนาดเทากนหรอมลกษณะเปนเชงเสน (Linear)


1.4 พฤตกรรมไดนามกส (DYNAMIC BEHAVIOR)

“พฤตกรรมไดนามกส คอ ผลตอบ

สนองของความเรว, ความหนวง,

overshoot เปนตน”

สามารถสงเกตเหนไดจาก เมอมกระแสไหลเขาสขดลวดทมเขมชตดอย

จะแกวงไปมาอยระยะหนงจงหยดนงได และการเคลอนทในสนามแม

เหลก เกดจากคณสมบตของ 3 ปรมาณ คอ

“แตในทางปฏบตการตอบสนองจะมลกษณะ

การหนวงทตำกวาคาวกฤตเลกนอย”


1.5 การหนวงทางกลไก (DAMPING MECHANISM)

การหนวงทางกลไกของกลวาโนมเตอรสามารถทำได 2 ทางคอ

1.การหนวงเกดจากการเคลอนทของขดลวดผานอากาศ และ

2.การหนวงทางแมเหลกไฟฟา


1.6 ความไวในการวด (SENSITIVITY)


2. แอมมเตอรไฟฟากระแสตรง (DC AMMETER)

“แอมมเตอรเปนเครองมอทใชวดคากระแส

ไฟฟาในวงจรโดยอาศยหลกการทำงานของ

เครองวดชนดคอยลหมนโดยมตวตานทานตอ

ขนาดกบสวนทเคลอนไหว”



“เครองวดทใชหลกการตอตวตานทานขนาดเหมาะสมขนานกบสวนทเคลอนไหวของเครองวด

ทำใหอานคากระแสไฟฟาไดจำนวนมากขนเราเรยกวา แอมมเตอร สำหรบตวตานทานทนำมา

ตอขนานเพอขยายยานการวดของแอมมเตอรนเรยกวา ตวตานทานชนท “



ความตานทาน Rsh กบ Rm ตอขนานกนจง

ทำใหแรงดนตกครอมเทากนคอ

Vsh = Vm

IshRsh = ImRm


2.1 ไอรตน ชนท (AYRTON SHUNT)

“ไอรตน ชนท หรอเรยกวา

Universal Shunt คอ การตอตว

ตานทานขนานกบสวนทเคลอง

ไหวของเครองวดตลอดเวลาเพอ

ขยายยานการวด”


2.1 ไอรตน ชนท (AYRTON SHUNT)

2.2 แอมมเตอรโหลดดง (AMMETER LOADING)



2.3 AMMETER INSERTION EFFECT


2.3 AMMETER INSERTION EFFECT

“วงจรเมอยงไมตอ

AMMETER กระแสจะมคา

เทากบ Ie”

“แตเมอม AMMETER มาตอ

เขากบวงจร ทำใหกระแส Ie

เปลยนไปเปน Im”


2.3 AMMETER INSERTION EFFECTในการหาคา error ในวงจรเมอตอแอมมเตอรและเมอทราบคาความตานทานวงจรเทยบเคยง

(Thevenin equivalent circuit) และความตานทานของแอมมเตอร

ตวอยาง ความตานทานภายในของแอมมเตอรมคาเทากบ 78 โอหม เปนความตานทานทใชวดกระแสทไหลผาน ตวตานทาน

Rc จงหาเปอรเซนตของคา error ทเกดจากการอานคาของการใชมเตอรในวงจร

Thevenin’s equivalent

เมอตอแอมมเตอรเขาไปในวงจรทจด X และ Y







ใชหลกการ Thevenin’s equivalent circuit หา

คาความตานทาน Rth

V-SHOCK

I-OPEN








กระแสทไหลผานจะมคาเพยง 95% และผลทไดจากการวดจะ

มคา error = 5% หาคาPercentage ของ error ไดจาก


3. โวลตมเตอรไฟฟากระแสตรง (DC VOLTMETER)

“โวลตมเตอรเปนเครองมอทใชวดคาแรงดน

ไฟฟาในวงจรโดยอาศยหลกการทำงานของ

เครองวดชนดคอยลหมนโดยมตวตานทานตอ

อนกรม กบสวนทเคลอนไหว”



“ถาตองการขยายยานการวดของโวลตมเตอรจะ

ตองนำตวตานทานมาตออนกรมกบสวนเคลอนท

ของเครองวด เรยกตวตานทานนนวา ตวตานทาน

มลตพลาย (Multiplier : Rs) ”



RS - วธท1



RS - วธท2


3.1 โวลตมเตอรหลายยานวด (MULTIRANGE VOLTMETER)

“โวลตมเตอรทมหลายยานการวด คอ

โวลตมเตอรทมความตานทานมลตพลาย

หลายๆ ค าต อกบวงจรของส วนท

เคลอนไหว โดยมสวตซเลอกยานการวด

เปนตวกลางในการตอตวตานทานทม

ความเหมาะสมกบยานการวดนนๆ”

โวลตมเตอรทมหลายยานการวด


3.1 โวลตมเตอรหลายยานวด (MULTIRANGE VOLTMETER)ตวอยาง โวลตมเตอรไฟฟากระแสตรงทมหลายยานการวด มคากระแสไฟฟาและความตานทานในสวยเคลอนไหวขณะเขมเบยงเบน

เตมสเกล 50 µA และ 1kΩ ถาตองการขยายยานการวดเปน 5V, 20V และ 5V จงหาคาความตานทาน ซงตองนำมาตออนกรมกบ

เครองวดนทยานการวดตางๆ

A

B

C

A ทยานการวด 5V

A





B

C

ทยานการวด 20VB

B





C

ทยานการวด 20VC

C



ตวอยาง โวลตมเตอรไฟฟากระแสตรงทมหลายยานการวดในรป มคากระแสไฟฟาและความตานทานในสวนทเคลอนไหวขณะเขม

เบยงเบนเตมสเกล 50µA และ 1kΩ จงหาคา R1, R2 และ R3

ทยานการวด 5VR1



ตวอยาง โวลตมเตอรไฟฟากระแสตรงทมหลายยานการวดในรป มคากระแสไฟฟาและความตานทานในสวนทเคลอนไหวขณะเขม

เบยงเบนเตมสเกล 50µA และ 1kΩ จงหาคา R1, R2 และ R3




3.2 VOLTMETER LOADING EFFECTS


3.2 VOLTMETER LOADING EFFECTS

ตวอยาง โวลตมเตอรทตางกนใชในการวดโวลตครอมความตานทาน Rb ในวงจรมคาดงน


3.3 ความไวของโวลตมเตอร (VOLTMETER SENSITIVITY)


4. การวดความตานทานโดยใชแอมมเตอรและโวลตมเตอร


4. การวดความตานทานโดยใชแอมมเตอรและโวลตมเตอร4.1 การวดความตานทานทมคาสง

(MEASUREMENT OF HIGHT RESISTANCE)

4.2 การวดความตานทานทมคาตำ

(MEASUREMENT OF LOW RESISTANCE)


5. โอหมมเตอร (OHM METER)

“โอหมมเตอร (Ohm meter) เปนเครองมอทใชสำหรบ

การวดคาความตานทานทางไฟฟา”

หลกการของโอหมมเตอร

การวดความตานทานสามารถกระทำไดโดยใชวธการวดกระแสไฟฟา

ทไหลผานตวตานทาน ซงไมทราบคาและวดคาแรงเคลอนไฟฟาทตก

ครอมตวตานทานตวนน เมอทราบคาของกระแสไฟฟาและแรง

เคลอนไฟฟาทตกครอมตวตานทานแลวเรากจะหาคาความตานทาน

ไดโดยใชกฎของ “โอหม Ohm’s Law”


5. โอหมมเตอร (OHM METER)

“โอหมมเตอร (Ohm meter) เปนเครองมอทใชสำหรบ

การวดคาความตานทานทางไฟฟา”

ชนดของโอหมมเตอร

เราสามารถนำเอาคาเครองวดขดลวดชนดเคลอนท (Moving coil)

หรอ PMMC มาใชเปนโอหมมเตอรไดโดยสามารถแบงออกเปน 2

ประเภท คอ

1. โอหมมเตอรแบบอนดบ

2. โอหมมเตอรแบบขนาน


5.1 โอหมมเตอรแบบอนดบ (SERIES TYPE OHMMETER)



E



“แสดงคาผดพลาดเกด

จาก แบตเตอร”


5.2 โอหมมเตอรแบบขนาน (SHUNT TYPE OHMMETER)


5.3 โอหมมเตอรทมหลายยานวด (MULTIPLE-RANGE OHMMETER)

เรองยศ เกตรกษา, “โครงการตำราทางวชาการ เครองมอวดและการวดทางไฟฟา”, สาขาวชาวศวกรรมการวดคม คณะวศวกรรมศาสตร, มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลรตนโกสนทร ชยบรณ กงสเจยรณ, “การวดและเครองมอวด (MEASUREMENT AND INSTRUMENTATION”,ภาคสาขาวศวกรรมศาสตร, คณะวศวกรรมศาสตร, มหาวทยาลยเทคโนโลยมหานคร, 2550. สถาบนมาตรวทยาแหงชาต, WWW.NIMT.OR.TH NATIONAL PHYSICAL LABORATORY, WWW.NPL.CO.UK มาตรฐานการวดแหงชาต , WWW.ACADEMIA.EDU

TYPE A QUOTE HERE.

Johnny Appleseed

TEXT

emi เครื่องมือวัดทางไฟฟ้ากระแสตรง 04

Engineering