지시계기 검류계 / 전류계 / 전압계

1. 지시계기검류계 / 전류계 / 전압계

2. 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 라 하면 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 가동코일형 계기의 전류의 흐름

3. 반조검류계 (Reflecting Galvanometer) 반조검류계 광원으로부터 나온 빛을 반사경에 투사하며, 그 반사광을 scale에 투사함으로써 그 광점이 기우는 정도로 측정 L : 인청동 filament m : 소형반사경C : 가동코일T : 스프링 M : 영구자석P : 자극편K : 철심A : 영위 조정나사 θ : Lamp scale S : 광원

4. Measurement of ECG

5. 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

6. 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

7. 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 따라결정됨 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 (CDRX, critical damping resistance extenal) •제동을 위하여 코일과 직렬로 연결된 외부저항(외부임계제동저항, ) 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

8. 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 Ayrton 분류기 보통형 분류기

9. 보통형 분류기 (Shunt Resistor) : 코일의 내부저항 : 분류기 저항 : 계기의 최대눈금 편위전류 : 분류기 전류 : 전체 전류 보통형 분류기 분류기 저항은 계기와 병렬이므로 그리고, 이므로 : 분류기의 배율

10. 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)

11. DC 전압계 •DC 회로 내에 있는 두 점 사이의 전위차를 측정할 때 회로소자나 전원에 병렬로 접속 •배율기 전압계의 측정범위를 넓히고자 전압계에 직렬로 연결하는 저항 다중측정범위 전압계 보통형 배율기

12. 보통형 배율기 (Multiplier Resistor) : 계기의 편위전류 : 계기의 내부저항 : 배율기 저항 : 계기의 최대범위전압

13. 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 전압계로 사용하고자 할 때 각 저항 값들을 계산

14. 전압계 감도 (Sensitivity) 정격 (ohms-per-volt rating) 전압계의 감도 는 계기에 흐르는 최대눈금 편위 전류의 역수가 되며, DC 전압계의 배율기 저항계산에 사용됨 : 회로 총저항 : 배율기저항 : 계기의 부하저항 : 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 ④ 항상 부하효과를 고려