หลักการทำงานของเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าและประเภทของเครื่องวัดกระแสไฟฟ้า

การแนะนำเครื่องวัดแอมป์

ตามที่เราทราบคำว่า "มิเตอร์" มีความเกี่ยวข้องกับระบบการวัด มิเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่สามารถวัดปริมาณเฉพาะได้ ตามที่เรารู้ หน่วยของกระแสไฟฟ้าคือแอมแปร์ Ammeter หมายถึง Ampere-meter ซึ่งวัดค่าแอมแปร์ แอมแปร์เป็นหน่วยของกระแสไฟฟ้า ดังนั้น ammeter คือมิเตอร์หรืออุปกรณ์ที่วัดกระแสไฟฟ้า

หลักการทำงานของเครื่องวัดแอมป์

หลักสำคัญของเครื่องวัดแอมป์คือต้องมีความต้านทานและปฏิกิริยาเหนี่ยวนำต่ำมาก ทำไมเราต้องการแบบนี้ ทำไมเราไม่สามารถเชื่อมต่อเครื่องวัดแอมป์แบบขนานได้ คำตอบสำหรับคำถามนี้คือ เครื่องวัดแอมป์มีความต้านทานต่ำมากเพราะต้องมีแรงดันตกคร่อมต่ำมาก และต้องเชื่อมต่อแบบอนุกรมเนื่องจากกระแสในวงจรอนุกรมเท่ากัน

นอกจากนี้ ด้วยความต้านทานต่ำทำให้การสูญเสียพลังงานต่ำ และหากเชื่อมต่อแบบขนานจะกลายเป็นทางลัดวงจรและกระแสทั้งหมดจะไหลผ่านเครื่องวัดแอมป์ ทำให้เกิดกระแสสูงและอาจทำให้อุปกรณ์ไหม้ ดังนั้นจึงต้องเชื่อมต่อแบบอนุกรม สำหรับเครื่องวัดแอมป์ที่สมบูรณ์แบบควรจะมีความต้านทานเป็นศูนย์เพื่อให้มีแรงดันตกคร่อมเป็นศูนย์ ทำให้การสูญเสียพลังงานในอุปกรณ์เป็นศูนย์ แต่ความสมบูรณ์แบบนี้ไม่สามารถทำได้ในทางปฏิบัติ

ประเภทของเครื่องวัดแอมป์

ขึ้นอยู่กับหลักการสร้าง เครื่องวัดแอมป์มีหลายประเภท ได้แก่ –

1. เครื่องวัดแอมป์ชนิดแม่เหล็กถาวรเคลื่อนที่ (PMMC).

2. เครื่องวัดแอมป์ชนิดเหล็กเคลื่อนที่ (MI).

3. เครื่องวัดแอมป์ชนิดอิเล็กโทรไดนามอมิเตอร์.

4. เครื่องวัดแอมป์ชนิดเรกทิฟายเออร์.

ขึ้นอยู่กับประเภทของการวัด เราจะมี –

1. เครื่องวัดแอมป์กระแสตรง (DC).

2. เครื่องวัดแอมป์กระแสสลับ (AC).

เครื่องวัดแอมป์กระแสตรง (DC) ส่วนใหญ่เป็นอุปกรณ์ PMMC MI สามารถวัดทั้ง AC และ DC อีกทั้งอุปกรณ์ประเภทอิเล็กโทรไดนามอมิเตอร์สามารถวัดทั้ง DC และ AC ขณะที่มิเตอร์อินดักชันไม่ได้ใช้ในการสร้างเครื่องวัดแอมป์เนื่องจากราคาสูงและการวัดไม่แม่นยำ

รายละเอียดของเครื่องวัดแอมป์ประเภทต่างๆ

เครื่องวัดแอมป์ PMMC

หลักการของเครื่องวัดแอมป์ PMMC:
เมื่อนำสายไฟที่มีกระแสผ่านไปวางในสนามแม่เหล็ก จะมีแรงกลไกกระทำต่อสายไฟ หากสายไฟติดตั้งบนระบบเคลื่อนที่ เมื่อขดลวดเคลื่อนที่ ตัวชี้จะเคลื่อนที่บนมาตรา
คำอธิบาย: ตามชื่อที่แสดง มีแม่เหล็กถาวรที่ใช้ในอุปกรณ์วัดประเภทนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสมสำหรับการวัดกระแสตรง เพราะที่นี่การเบี่ยงเบนเป็นสัดส่วนกับกระแส และหากทิศทางของกระแสกลับ การเบี่ยงเบนของตัวชี้จะกลับด้วย ดังนั้นจึงใช้เฉพาะสำหรับการวัดกระแสตรง ประเภทของอุปกรณ์นี้เรียกว่า D Arnsonval type instrument มีข้อดีคือมาตราเป็นเส้นตรง ใช้พลังงานต่ำ ความแม่นยำสูง ข้อเสียคือวัดเฉพาะปริมาณกระแสตรงเท่านั้น ราคาสูง ฯลฯ
แรงบิดเบี่ยงเบน,

โดยที่,
B = ความหนาแน่นฟลักซ์ใน Wb/m².
i = กระแสที่ไหลผ่านขดลวดใน Amp.
l = ความยาวของขดลวดใน m.
b = ความกว้างของขดลวดใน m.
N = จำนวนรอบของขดลวด.
การขยายช่วงการวัดในเครื่องวัดแอมป์ PMMC:
ตอนนี้ดูเหมือนว่าเราจะสามารถขยายช่วงการวัดในอุปกรณ์ประเภทนี้ได้ หลายคนอาจจะคิดว่าต้องซื้อเครื่องวัดแอมป์ใหม่เพื่อวัดกระแสที่สูงขึ้น และบางคนอาจจะคิดว่าต้องเปลี่ยนโครงสร้างเพื่อวัดกระแสที่สูงขึ้น แต่ไม่จำเป็นต้องทำอย่างนั้น เราเพียงแค่ต้องเชื่อมต่อความต้านทานชันท์แบบขนานและช่วงของอุปกรณ์สามารถขยายได้ นี่คือวิธีการง่ายๆ ที่อุปกรณ์นี้ให้ไว้

ในภาพ I = กระแสทั้งหมดที่ไหลในวงจรใน Amp.
Ish คือกระแสผ่านความต้านทานชันท์ใน Amp.
Rm คือความต้านทานของเครื่องวัดแอมป์ใน Ohm.

เครื่องวัดแอมป์ MI

เป็นอุปกรณ์ชนิดเหล็กเคลื่อนที่ ใช้สำหรับทั้ง AC และ DC สามารถใช้ทั้งสองประเภทเนื่องจากมุมเบี่ยงเบน θ เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแส ไม่ว่าทิศทางของกระแสจะเป็นอย่างไร มันจะแสดงมุมเบี่ยงเบน ในทางปฏิบัติมีการแบ่งออกเป็นสองประเภท –

1. ประเภทดึงดูด.

2. ประเภทผลัก.

สมการแรงบิดคือ:
โดยที่,
I คือกระแสทั้งหมดที่ไหลในวงจรใน Amp.
L คือความเหนี่ยวนำตนเองของขดลวดใน Henry.
θ คือมุมเบี่ยงเบนใน Radian.

1. หลักการของเครื่องวัดแอมป์ MI ประเภทดึงดูด:
   เมื่อนำเหล็กอ่อนที่ไม่ได้รับการแม่เหล็กไปวางในสนามแม่เหล็ก มันจะถูกดึงเข้าหาขดลวด ถ้ามีระบบเคลื่อนที่และกระแสผ่านขดลวด จะสร้างสนามแม่เหล็กที่ดึงเหล็กและสร้างแรงบิดเบี่ยงเบน ทำให้ตัวชี้เคลื่อนที่บนมาตรา

2. หลักการของเครื่องวัดแอมป์ MI ประเภทผลัก:
   เมื่อสองชิ้นเหล็กถูกแม่เหล็กด้วยขั้วเดียวกันโดยการผ่านกระแส จะเกิดแรงผลักระหว่างกันและแรงผลักนี้สร้างแรงบิดเบี่ยงเบนทำให้ตัวชี้เคลื่อนที่
   ข้อดีของอุปกรณ์ MIคือสามารถวัดทั้ง AC และ DC ราคาถูก ความผิดพลาดจากการเสียดสีต่ำ แข็งแรง ฯลฯ ใช้หลัก ๆ ในการวัด AC เพราะในการวัด DC ความผิดพลาดจะมากขึ้นเนื่องจากฮิสเตอริส

เครื่องวัดแอมป์ชนิดอิเล็กโทรไดนามอมิเตอร์

สามารถใช้วัดทั้ง AC และ DC ได้ ตอนนี้เราเห็นว่าเรามี PMMC และ MI สำหรับการวัดกระแส AC และ DC คำถามอาจเกิดขึ้นว่า "ทำไมเราต้องการเครื่องวัดแอมป์อิเล็กโทรไดนามอมิเตอร์ หากเราสามารถวัดกระแสได้อย่างแม่นยำด้วยอุปกรณ์อื่น ๆ ได้?" คำตอบคืออุปกรณ์อิเล็กโทรไดนามอมิเตอร์มีการสอบเทียบเดียวกันสำหรับทั้ง AC และ DC นั่นคือ ถ้ามันได้รับการสอบเทียบด้วย DC แล้วเราก็สามารถวัด AC ได้โดยไม่ต้องสอบเทียบใหม่

หลักการของเครื่องวัดแอมป์อิเล็กโทรไดนามอมิเตอร์:
มีสองขดลวด คือขดลวดคงที่และขดลวดเคลื่อนที่ ถ้ามีกระแสผ่านสองขดลวด แรงบิดที่เกิดขึ้นจะเท่ากันและตรงข้ามกัน ทำให้ขดลวดอยู่ในตำแหน่งศูนย์ หากทิศทางของแรงบิดใดแรงบิดหนึ่งกลับเนื่องจากกระแสในขดลวดกลับ แรงบิดที่มีทิศทางเดียวจะเกิดขึ้น
สำหรับเครื่องวัดแอมป์ การเชื่อมต่อเป็นแบบอนุกรมและ φ = 0
โดยที่, φ คือมุมเฟส.

โดยที่,
I คือกระแสที่ไหลในวงจรใน Amp.
M = ความเหนี่ยวนำร่วมของขดลวด.
ไม่มีความผิดพลาดจากฮิสเตอริส ใช้สำหรับการวัดทั้ง AC และ DC ข้อเสียหลักคือมีอัตราส่วนแรงบิดต่อน้ำหนักต่ำ การสูญเสียจากการเสียดสีสูง แพงกว่าอุปกรณ์วัดอื่น ๆ ฯลฯ

ทิป