วัดกระแสไฟฟ้า

เครื่องวัดกระแสไฟฟ้า

แอมมิเตอร์

รูปแสดงเครื่องวัดที่มีค่ากระแสไฟฟ้าไหลสูงสุด (Im ) เท่ากับ 1 mA โดยเครื่องวัดนี้จะทำงานได้ถูกต้องเมื่อมีกระแสไฟฟ้าค่าใด ๆ ไหลผ่านในย่านตั้งแต่ 0 ถึง 1 mA แต่ถ้ากระแสไฟฟ้าทำการวัดมีค่าเกินกว่า 1 mA ซึ่งเกินกว่าอัตราทนกระแสของฟิวส์จะทำให้ฟิวส์ขาด ซึ่งเป็นการป้องกันความเสียหายที่จะเกิดขึ้นกับเครื่องวัดได้ อย่างไรก็ตามการที่จะวัดค่ากระแสไฟฟ้าที่เกินกว่ากระแส FSD (Im ) สามารถทำได้โดยขั้นแรกจะต้องทราบถึงค่าความต้านทานภายในของเครื่องวัด และกระแส FSD ดังแสดงในรูป ใช้เครื่องวัดที่มีค่าความต้านทาภายใน 50 และกระแส FSD เท่ากับ 1 mA

รูปแสดงแอมมิเตอร์ขนาด 1 mA

ย่านการวัดของแอมมิเตอร์

ค่ากระแสไฟฟ้าสูงสุดที่เครื่องวัดสามารถวัดได้ ดังแสดงในรูป มีค่าเท่ากับ 1 mA อย่างไรก็ตามถ้าต้องการวัดกระแสไฟฟ้าในย่านตั้งแต่ 0 ถึง 1 mA จำเป็นที่จะต้องมีเส้นทางให้กระแสไฟฟ้า 9 mA ไหลผ่าน เพื่อให้กระแสไฟฟ้าเพียงแค่ 1 mA เท่านั้นที่จะไหลผ่านเข้าไปยังขดลวดอาร์มาเจอร์ ตัวต้านทานขนาน หรือตัวต้านทานชันท์ ( Shunt Resistor , Rsh ) ที่จะนำมาต่อกับตัวต้านทานภายใน เพื่อที่จะเป็นทางผ่านของกระแสไฟฟ้าที่จะทำความเสียหายให้กับเครื่องวัดดังแสดงในรูป โดยค่าของตัวต้านทานชันท์นี้สามารถคำนวณได้จากการหาค่าแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อม Rsh ก่อน

รูปแสดงแอมมิเตอร์ขนาด 10 mA

เพื่อที่จะทำให้แอมมิเตอร์สามารถวัดกระแสไฟฟ้าได้หลาย ๆ ย่าน จึงได้ออกแบบให้สามารถเลือกตัวต้านทานชันท์ค่าต่าง ๆ ที่จะมาต่อขนานกับตัวต้านทานภายใน ดังแสดงในรูป (ก)

ถ้าสวิตซ์เลื่อนไปที่ ตำแหน่ง A (ย่าน 0 ถึง 1 mA ) ไม่จำเป็นต้องต่อตัวต้านทานชันท์เนื่องจากกระแส FSD ที่ไหบผ่านขดลวดเคลื่อนที่มีค่าเท่ากับ 1 mA อยู่แล้วถ้าสวิตซ์เลื่อนไปที่ ตำแหน่ง B (ย่าน 0 ถึง 10 mA ) เท่ากับว่าได้เลือกตัวต้านทานชันทีค่า 5.6 (ได้คำนวนไปก่อนแล้ว ) เพื่อที่จะแบ่งกระแสไฟฟ้าค่า 9 mA ให้ไหลผ่านและยอมให้กระแสค่า 1 mA เท่านั้นที่ไหลผ่าน Rm ในตำแหน่ง C (ย่าน 0 ถึง 100 (ย่าน 0 ถึง 100 mA ) เลื่อนสวิตซ์ไปตำแหน่งตัวต้านทานชันท์ที่จะแบ่งปริมาณกระแสไฟฟ้า 99 mA ออกจากขดลวดเคลื่อนที่ เมื่อทำการวัดกระแสไฟฟ้าค่า 100 mA ค่าความต้านทานชันท์นี้คำนวนได้จาก

รูปแสดงแอมมิเตอร์ที่มีย่านการวัดหลายย่าน

สุดท้ายถ้าสวิตซ์เลื่อนไป ตำแหน่ง D (ย่าน 0 ถึง 1000 mA ) เท่ากับว่าได้เลือก Rsh3ขนานกับ Rm เพื่อที่จะแบ่งกระแสไฟฟ้า 999 mA ออกจากขดลวดเคลื่อนที่ ค่าความต้านทาน Rsh3 คำนวนได้จาก

รูป (ข) แสดงรูปลักษณะภายนอกของสวิตซ์หมุนแอมมิเตอร์ที่ใช้สำหรับเลือกย่านการวัดกระแสไฟฟ้าที่ต้องการส่วนการต่อแอมมิเตอร์เพื่อวัดกระแสไฟฟ้าในวงจร ดังแสดงในรูป (ค)

การวัดกระแสไฟฟ้า

ข้อควรปฏิบัติเมื่อใช้แอมมิเตอร์วัดปริมาณกระแสไฟฟ้าในวงจร ดังนี้


1. เลือกย่านการวัดให้มีค่าสูงสุดก่อนเสมอ จากนั้นค่อยลดย่านการวัดลงตามค่ากระแสไฟฟ้าที่ทำการวัดได้ ทั้งนี้เพื่อป้องกันความเสียหายไม่ให้เกิดขึ้นกับแอมมิเตอร์

2. ต่อสายสีแดง ( + ) ของแอมมิเตอร์เข้ากับด้านที่มีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวก และสายสีดำ ( - )เข้ากับด้านที่มีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบของวงจร

3. การต่อแอมมิเตอร์จะต้องต่อในเส้นทางที่มีกระแสไฟฟ้าไหล นั่นคือ จะต้องทำาการเปิดวงจรก่อน จากนั้นจึงนำแอมมิเตอร์ไปต่ออันดับเข้ากับวงจร

4. ค่าความคลาดเคลื่อนของเครื่องวัดแบบแอนะล็อก ส่วนใหญ่จะประมาณ ของค่าที่อ่านได้เต็มสเกล ดังนั้น การอ่านค่ากระแสไฟฟ้าควรที่จะอ่านค่าให้ใกล้เคียงกับเต็มสเกลให้มากที่สุด ตัวอย่างเช่น ถ้ากระแสไฟฟ้าค่า 7 mA วัดจากสเกล 10 mA ค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุดเท่ากับ +- 0.3 mA ดังนั้นค่าที่วัดได้จะมีค่าตั้งแต่ 6.7 - 7.3 mA

5. โดยปกติแล้วเครื่องวัดแบบแอนะล็อกจะมีกระจกติดตั้งอยู่ที่สเกลบริเวณด้านหลังเข็มทของเครื่องวัด ซึ่งจะช่วยสะท้อนเงาของเข็มให้ปรากฏบนกระจก ดังนั้น ขณะทำการอ่านค่าจะต้องมองในลักษณะตั้งตรง เพื่อให้เข็มของเครื่องวัดและเงาในกระจกทับกันพอดีจึงจะได้ค่าของการวัดที่ถูกต้อง


โครงสร้างของเครื่องวัด




อุปกรณ์ภายในประกอบด้วย D' Arsonval หรือขดลวดเคลื่อนที่ ดังแสดงในรูป โดยขดลวดนี้จะใช้สำหรับวัดค่ากระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าหรือความต้านทาน ขดลวดทองแดงที่พันอยู่รอบแกนนี้รวมเรียกว่า อาร์มมาเจอร์ (Armature) ซึ่งสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระระหว่างขั้วแม่เหล็กถาวร 2 ขั้ว ส่วนสปริงภายในที่ยืดติดกับขดลวดเคลื่อนที่ซึ่งมีเข็มของเครื่องวัดต่อเข้าด้วยนี้ จะทำหน้าที่รั้งให้เข็มของเครื่องวัดชี้ที่ตำแหน่ง 0

รูปแสดงขดลวดเคลื่อนที่

การทำงานของเครื่องวัด


ขดลวดเคลื่อนที่ภายในเครื่องวัดแบบแอนะล็อกนี้จะเป็นตัวผ่านของกระแสไฟฟ้า ไม่ว่าจะทำการวัดกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า หรือค่าความต้านทาน โดยการวัดผ่านสายวัดทั้งสอง เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเข้าไปในขดลวดจะเกิดสนามแม่เหล็กขึ้น โดยสนามแม่เหล็กนี้จะให้กำเนิดขั้วเหนือทางด้านขวา และขั้วใต้ทางด้านซ้ายของขดลวดเคลื่อนที่นี้ ดังแสดงในรูป (ก) ส่วนรูป (ข) แสดงการหาทิศทางของขั้วเหนือโดยใช้ กฎมือซ้าย (Left Hand Rule)

แรงปฏิกิริยาระหว่างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากการไหลของกระแสไฟฟ้า กับสนามแม่เหล็กที่เกิดจากแม่เหล็กถาวร ทำให้เกิดแรงผผลักชุดอาร์มาเจอร์ให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางตามเข็มนาฬิกาทั้งนี้เนื่องจากขั้วที่เหมือนกันจะเกิดการผลักกัน ดังแสดงในรูป

รูปแสดงปฏิกิริยาตอบสนองที่เกิดจากสนามแม่เหล็ก

ขั้วใดที่เกิดจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกผลักจากขั้วใต้ของแม่เหล็กถาวร และถูกดึงดูดจากขั้วเหนือของแม่เหล็กถาวร ในขณะที่ขั้วเหนือที่เกิดจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะถูกผลักจากขั้วเหนือของแม่เหล็กถาวร และถูกดึงดูดจากขั้วใต้ของแม่เหล็กถาวรเช่นกัน ผลของแรงปฏิกิริยารวมทั้งหมดนี้จะเอาชนะแรงดึงที่เกิดจากสปริงที่คอยรั้งเข้มของเครื่องวัดไว้ ทำให้เข็มชี้เคลื่อนที่ไปในทิศทางตามเข็มนาฬิกา ถ้ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดเคลื่อนที่มากขึ้นก็จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดมากขึ้นและทำให้เกิดการผลักและดึงดูดกันมากขึ้น ผลทำให้การเบี่ยงเบนของเข็มนาฬิกามากยิ่งขึ้น ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า เมื่อกระแสมมีค่ามากขึ้นจะทำให้การเบี่ยงเบนของเข็มมากขึ้น

ถ้ากระแสไฟฟ้าไหลเข้าไปในขดลวดเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม จะทำให้ขั้วเหนือเกิดขึ้นทางด้านซ้าย และขั้วใต้เกิดขึ้นทางด้านขวาของอาร์มาเจอร์ ส่งผลให้เข็มเคลื่อนไปในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา และไปกระทบกับหลักหยุดเข็ม ดังแสดงในรูป ดังนั้น ถ้ากระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางตรงกันข้ามมีปริมาณมากเกินไป

ก็จะหาให้เครื่องวัดพังเสียหายได้ ซึ่งด้วยเหตุนี้ที่สายวัดจึงมีการบอกชนิดของขั้ว (+ และ - ) โดยเมื่อทำการวัดความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้า จะต้องให้สายวัดสีแดง (+) ต่อเข้ากับจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า และต่อสายวัดสีดำ (-) เข้ากับจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า ข้อควรปฏิบัติอีกประการหนี่งคือเนื่องจากแรงโน้มถ่วงโลกมีผลต่อการเคลื่อนที่ของเข็มเครื่องวัด ดังนั้น เพื่อให้ได้ผลของการวัดถูกต้องจึงควรวางเครื่องวัดให้อยู่ในแนวราบหรือแนวระดับขณะทำการวัด

รูปแสดงการเคลื่อนที่ของเข็ม

ค่าความไวต่อการตอบสนองของเครื่องวัด

ขดลวดอาร์มาเจอร์มีค่าความต้านทานค่าหนึ่งเรียกว่า ค่าความต้านทานภายใน ( Rm ) ซึ่งค่าความต้านทานภายในนี้จะมีค่าน้อยประมาณ 1 ถึง 500 โดยทั่วไปแล้วขดลวดนี้จะมีขนาดเล็กมาก (ขนาดเท่าเส้นผม) และไม่สามารถนำกระแสไฟฟ้าในปริมาณมาก ๆ ได้ ปริมาณกระแสไฟฟ้าจะอยู่ในย่าน 10 uA ถึง 10 mA ซึ่งค่ากระแสไฟฟ้านี้จะเป็นตัวกำหนดค่ากระแส FSD (Full - Scale Deflection) ของเครื่องวัด ซึ่งหมายถึงปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ทำให้เข็มของเครื่องวัดเคลื่อนที่ได้เต็มหน้าปัดทางด้านขวาพอดี ดังนั้นค่ากระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ทำให้เข็มของเครื่องวัดเคลื่อนที่ได้เต็มสเกล ( I m ) นี้ จึงเป็นตัวแสดง ค่าความไวต่อการตอบสนองของเครื่องวัด ( Sensitivity) ตัวอย่างเช่นเครื่องวัดที่ต้องการการกระแสไฟฟ้าเพียง 10 uA เพื่อให้เข็มเบี่ยงเบนไป FSD จะมีความไวมากกว่าเครื่องวัดที่ต้องการกระแสไฟฟ้าถึง 10 mA แผ่นภาพรายละเอียดของ Rm และ Im ดังแสดงในรูป

รูปแผ่นภาพแสดงเครื่องวัดชนิดแอนะล็อก

ขอบคุณแหล่งอ้างอิง
http://www.chontech.ac.th