Transcript 지시계기 검류계 / 전류계 / 전압계

지시계기
검류계 / 전류계 / 전압계
검류계
(Galvanometer)
검류계
• 미소한 전압이나 전류의 정도를 감지하기 위하여 쓰이는 계기로서
전기적인 절대값을 측정하는 계기는 아님
• 가장 많이 쓰이는 것은 가동코일형 검류계 (반조검류계 / 지침형검류계)
가동코일형 계기의 회전
• Coil에 직류전류가 흐르면 플레밍의 왼손법칙에 따라 Coil은 시계방향으로 회전
• 회전력을 TD 라 하면 TD  B  A  I  N
TD
가동코일형 계기의 전류의 흐름
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T : Torque [Nm]
B : 자속 밀도 [Wb/ m2]
I : 전류 [A]
N : 코일권수
A : 유효코일 면적 (a×b) – m2
a : coil의 길이
b : coil의 폭
반조검류계
(Reflecting Galvanometer)
반조검류계
광원으로부터 나온 빛을 반사경에 투사하며, 그 반사광을 scale에 투사함으로써
그 광점이 기우는 정도로 측정
L : 인청동 filament
M : 영구자석
θ : Lamp scale
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m : 소형반사경
P : 자극편
S : 광원
C : 가동코일
K : 철심
T : 스프링
A : 영위 조정나사
Measurement of ECG
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지침형검류계
(PMMC, permanent magnet moving coil)
• 지침이 가동코일에 대한 제어 스프링의 기계적인 힘과 평형을 이루는 상태를
고정된 기준점에 대한 각도로 지시
• 가동코일형 계기는 설계자가 임의의 최대눈금 전류를 결정하기 위해서
‘제어하는 힘의 값’과 ‘가동코일의 권수’를 변화시킬 수 있음
PMMC계기의 구조
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검류계의 동적운동과 제동
AC가 검류계에 인가될 때 가동코일의 운동에 의한 지침의 움직임은 가동부 자체의 응답특성과 관계됨
• 인가된 전류를 갑자기 차단한 후
• 가동코일이 그 편위에서 부터 0의 위치로 편위하는 동안의 운동을 세 가지 양으로 관찰
- 코일의 회전축에 대한 가동코일의 관성 모멘트(J)
- 코일 서스펜션에 의해 발생된 반작용의 힘(S)
- 감쇠정수(D)
• 3 가지 요소가 작용할 때 코일의 동적인 운동(지침의 운동)을 편위각 θ로 표시
Ⅰ: 과제동 (overdamping)
서서히 정상상태의 위치로 접근
Ⅱ: 부족제동 (underdamping)
코일의 운동은 정현파적 감쇠진동에 의존
Ⅲ: 임계제동 (critical damping)
지침이 정상상태 위치로 진동 없이 곧바로 복귀
실제의 검류계는 약간의 부족제동(지침이 정지 위치로 가기 전에 약간의 overshoot)이 발생
- 임계제동 보다 제동력은 적지만 계기의 동작이 손상되었는지의 여부 확인 가능
- 먼지나 마모로 인하여 시간의 변화에 따라 마찰력이 커지는 것을 보상할 수 있음
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검류계의 제동장치
기계적 제동 : 코일에 흐르는 전류와는 무관하게 주로 가동코일과 주위공기 사이에서 발생.
가동코일 축에 붙어 있는 알루미늄 날개에 의해 제동되며 그 정도는 날개의
크기 및 각도에 따라 결정됨
전자적 제동 : 자계 내에서 회전하는 가동코일에 발생하는 전류에 기인하는 제동력
자계내의 코일이 회전하면 도체인 알루미늄틀 내에 회전하는 전류가 유기되고,
이 전류가 코일의 운동방향과 반대 방향으로 나타나는 반작용의 힘을 야기시킴
외부 임계제동저항
rd
(CDRX, critical damping resistance extenal)
• 제동을 위하여 코일과 직렬로 연결된 외부저항 (외부임계제동저항,
rd
)
코일이 회전하면 코일에 교차되는 자속이 변화되고 ---> 코일에 기전력이 유기되고
---> 이때 코일과 외부저항을 통해 흐르는 전류와 자계 사이에서 반작용의 힘이 발생
---> 가동코일의 회전력을 제동
즉, 저항이 적을수록 제동하는 힘은 커지고 저항이 클수록 제동하는 힘은 약해짐
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DC 전류계
• DC 전류계의 기본동작은 PMMC 검류계와 동일
• 가동코일의 권수가 작고 가볍기 때문에 아주 적은 전류만 흐를 수 있음
• 분류기
전류계에서 측정범위를 넓히기 위하여 전류계에 병렬로 연결하여
전류를 분류시키기 위해 이용하는 저항
보통형 분류기
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Ayrton 분류기
보통형 분류기
(Shunt Resistor)
Rm : 코일의 내부저항
보통형 분류기
Rs
: 분류기 저항
Im
: 계기의 최대눈금 편위전류
Is
I
: 분류기 전류
: 전체 전류
분류기 저항은 계기와 병렬이므로
I s RS  I m Rm
Vshunt  Vmovement
그리고,
Rs 
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Is  I  Im
I m Rm
I  Im
I
Rs 
I m Rm
Is
이므로
Rs  Rm
 Im
Rs
 I  kIm
k
: 분류기의 배율
Ayrton 분류기
(Universal Shunt)
• 만능(universal) 분류기로도 불리우며, 분류기 없이 계기만이 회로에 연결되는 것을 방지하고
여러 단계의 측정범위를 선택할 수 있는 계기로도 이용
예제
1A, 5A, 10A의 측정범위를 갖는 Ayrton 분류기로 사용하고자 할 때의 회로 설계
(계기의 내부저항은 50Ω 이고, 최대눈금 편위전류는 1 mA)
Ayrton 분류기
측정시 전류계를 사용하는 경우의 유의사항
① 전류계는 회로나 소자에 직렬 연결 (전류의 손실을 없애기 위해)
② 극성(전류의 방향)에 주의
③ 다중측정범위 전류계의 사용 시 고전류 범위부터 사용 (가능한 최대 눈금에서 측정)
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DC 전압계
• DC 회로 내에 있는 두 점 사이의 전위차를 측정할 때 회로소자나 전원에 병렬로 접속
• 배율기
전압계의 측정범위를 넓히고자 전압계에 직렬로 연결하는 저항
보통형 배율기
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다중측정범위 전압계
보통형 배율기
(Multiplier Resistor)
I m : 계기의 편위전류
Rm : 계기의 내부저항
Rs : 배율기 저항
V : 계기의 최대범위전압
V  I m Rs  Rm 
Rs 
R V
V
 Rm  m  Rm
Im
Vm

Rs 
  Vm
V  1 
 Rm 
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다중측정범위전압계
(Multirange Voltmeter)
여러 개의 보통형 배율기를 사용하여 전압의 범위를 단계별로 조정함으로써
측정 할 수 있는 전압의 범위가 설정되어 있는 전압계
예제:
내부저항이 100Ω 이고, 최대눈금 편위전류가 1 mA인 전압계의 측정범위를
위의 회로를 이용하여 0-10, 0-50, 0-250, 0-500 V 의 측정범위를 갖는 전압계
로
사용하고자 할 때 각 저항 값들을 계산
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전압계 감도
(Sensitivity)
 / V 정격 (ohms-per-volt rating)
전압계의 감도
S 는 계기에 흐르는 최대눈금 편위 전류의 역수가 되며,
DC 전압계의 배율기 저항계산에 사용됨
S
RT
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I fsd
: 회로 총저항
 / V 
Rs
RT  S V
: 배율기저항
Rm
Rs  S  V   Rm
: 계기의 부하저항
V
: 전압측정범위
부하효과 (Loading Effect)
고저항 회로에서 전압계가 두 점 사이에 연결 될 때 전압계는 회로와 병렬로 연결되는데, 이때 회로에서의
등가저항이 감소하게 되며 전압계 연결 전의 전압 값보다 낮은 전압이 전압계에 나타남
저감도 계기를 사용하면 저저항 회로에서는 전압측정 시 정확한 측정치를 얻을 수 있으나,
고저항 회로에서는 정확한 측정치를 얻을 수 없음
측정시 전압계를 사용하는 경우의 유의 사항
① 회로나 소자에 병렬로 연결
② 극성 주의
③ 다중측정범위 전류계를 사용할 경우 가장 높은 전압 측정범위부터 사용
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④ 항상 부하효과를 고려