การต่อแอมมิเตอร์เพื่อวัดกระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจร

ข้อมูลครู

 ครูมนตรี   เชิญทอง

QR code

ตอนที่ 1 ประวัติบุคคล

ตอนที่ 2 ผลงานด้านกิจกรรมในหน่วยงาน / สังคม / ชุมชน

ตอนที่ 3 ผลงานจากการปฏิบัติหน้าที่

ตอนที่ 4 ภาคผนวก

วิชาเครื่องวัดไฟฟ้า 2104-2004

งานซ่อมเครื่องใชไฟ้า 2104-2111

วิชา การคิดอย่างเป็นระบบ 3000-1604

วิชาวงจรไฟฟ้ากระแสตรง 2104-2002

PLC ชุมชนการเรียนรู้ทางวิชาชีพ

แฟ้มสะสมผลงานครู

แฟ้มสะสมผลงานผู้เรียน

Link ภายนอก

จำนวนผู้เข้าเยี่ยมชม

ผู้เขียนหน้าเว็บ

2.3 แอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

         แอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC Ammeter) เป็นเครื่องวัดไฟฟ้ากระแสตรงที่ใช้วัดกระแสไฟฟ้าได้หลายค่าคือวัดกระแสไฟฟ้าเป็นไมโครแอมแปร์ เรียกว่า ไมโครแอมมิเตอร์ (Microammeter) ใช้วัดกระแสไฟฟ้าเป็นมิลลิแอมแปร์ เรียกว่า มิลลิแอมมิเตอร์ (Milliammeter) และใช้วัดกระแสไฟฟ้าเป็นแอมแปร์ เรียกว่า แอมมิเตอร์ ตัวอย่างมิลลิแอมมิเตอร์และแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ดังรูปที่ 2.21

       2.3.1โครงสร้างของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

                   โครงสร้างของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน คือ ขดลวดเคลื่อนที่แบบแม่เหล็กถาวร และตัวต้านทานชันต์

                   1.  ขดลวดเคลื่อนที่แบบแม่เหล็กถาวร

                        โครงสร้างของมิเตอร์เบื้องต้นจะใช้รูปแบบของดาร์สันวาลมิเตอร์ตามที่กล่าวในหน่วยที่ 1 เรื่องขดลวดเคลื่อนที่ จะอาศัยการทำงานโดยใช้กระแสไฟฟ้าจ่ายเข้ามิเตอร์แต่เนื่องจากโครงสร้างมีขนาดเล็กขดลวดเคลื่อนที่จึงรับกระแสไฟฟ้าได้จำกัดค่าหนึ่งซึ่งน้อยมากแต่เกิดความคล่องตัวในการทำงานในขณะบ่ายเบนไปของอาร์เมเจอร์จะเกิดแรงเสียดทานน้อยช่วยให้การวัดค่าเกิดความเที่ยงตรงมากขึ้นด้วยข้อจำกัดของโครงสร้างจึงทำให้ดาร์สันวาลมิเตอร์ถูกจำกัดการใช้งานในวงแคบๆแต่ถ้าต้องการวัดกระแสไฟฟ้าปริมาณสูงเกินค่าจำกัดของกระแสไฟฟ้า จึงต้องหาตัวต้านทานมาต่อขนานเพื่อแบ่งกระแสไฟฟ้าส่วนที่เกินค่าจำกัดมาต่อ โครงสร้างของดาร์สันวาลมิเตอร์จะเป็นขดลวดเคลื่อนที่แบบแม่เหล็กถาวร (Permanent Magnet Moving Coil: PMMC) แสดงดังรูปที่ 2.22

                        จากรูปที่ 2.22 แสดงแม่เหล็กถาวรรูปเกือกม้ากับแกนเหล็กอ่อนทรงกระบอกที่ติดกับแม่เหล็กถาวรระหว่างขั้วเหนือ–ใต้ โดยมีขดลวดเล็ก ๆ พันอยู่รอบ ๆ เรียกว่า ขดลวดอามาเจอร์(Armature) หรือขดลวดเคลื่อนที่ ขดลวดนี้จะพันบนรอบเหล็กสี่เหลี่ยมที่มีน้ำหนักเบามาก ๆ และติดยึดอยู่บนเดือยเพื่อให้สามารถเกิดการหมุนได้ เข็มชี้จะถูกยึดติดอยู่กับขดลวด เข็มชี้จะบ่ายเบนเมื่อขดลวดเคลื่อนที่เกิดการหมุน

                        2.  ตัวต้านทานชันต์

                            การสร้างมิเตอร์วัดกระแสไฟฟ้าตรงแต่ละชนิดมีข้อจำกัดคือขดลวดของเครื่องวัดเล็กมากจึงรับกระแสไฟฟ้าได้ค่าจำกัดค่าหนึ่งซึ่งน้อยมาก เมื่อต้องการวัดกระแสไฟฟ้าที่มีปริมาณสูงเกินค่าจำกัดของกระแสไฟฟ้า จึงต้องหาตัวต้านทานมาต่อขนานหรือเรียกว่า “ตัวต้านทานชันต์ (Shunt Resistor: RSh)” มาต่อขนานเข้ากับดาร์สันวาลมิเตอร์ตัวต้านทานขนานจะทำหน้าที่แบ่งกระแสไฟฟ้าส่วนเกินที่ดาร์–สันวาลมิเตอร์รับไม่ได้ให้ผ่านตัวต้านทานขนานนั้นไปลักษณะของตัวต้านทานชันต์ที่ใช้ต่อขนานกับ ดาร์สันวาลมิเตอร์แสดงดังรูปที่ 2.23 ซึ่งสามารถต่อเพิ่มเข้าไปจากภายนอกมิเตอร์ได้เพื่อช่วยเพิ่มให้แอมมิเตอร์วัดกระแสไฟฟ้าได้สูงมากขึ้น

       2.3.2 การขยายย่านวัดของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

                   การขยายย่านวัดของขดลวดเคลื่อนที่แบบแม่เหล็กถาวรเพื่อทำเป็นแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง มี 2 วิธี คือใช้ตัวต้านทานชันต์แบบตัวเดียวหรือแบบซิงเกิลชันต์ และใช้ตัวต้านทานแบบอาร์ตันชันต์

                   1.  การขยายย่านวัดของแอมมิเตอร์แบบซิงเกิลชันต์

                        การขยายย่านวัดของแอมมิเตอร์ย่านวัดเดียวแบบซิงเกิลชันต์ (Single Shunt Type of Ammeter) ใช้หลักการของการขนาน โดยนำตัวต้านทานชันต์ (ShuntResistor: RSh) มาต่อขนานดังรูปที่ 2.24 เพื่อแบ่งกระแสไฟฟ้าเข้าแอมมิเตอร์ไม่ให้เกินกระแสไฟฟ้าเต็มสเกล

                        จากรูปที่ 2.24 เมื่อนำมาเขียนเป็นวงจรไฟฟ้าของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (Ammeter Circuit) ได้ดังรูปที่ 2.25 และเป็นพื้นฐานของการขยายย่านวัดของแอมมิเตอร์ประกอบด้วยขดลวดเคลื่อนที่แบบแม่เหล็กถาวรและตัวต้านทานชันต์ซึ่งมีค่าความต้านทานต่ำกระแสมิเตอร์(IM)หรือกระแสไฟฟ้าขดลวดจะเป็นสัดส่วนที่ส่งผลไปยังกระแสชันต์ (ISh) ดังนั้นกระแสไฟฟ้า I จึงเป็นย่านวัด (Range) ของแอมมิเตอร์

            จากรูปที่ 2.25 โดยเพิ่ม RS ต่อขนานกับดาร์สันวาลมิเตอร์ RM เมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้ามาในวงจร กระแสไฟฟ้าถูกแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ส่วนหนึ่งผ่านดาร์สันวาลมิเตอร์ อีกส่วนหนึ่งผ่านตัวต้านทานชันต์อักษรย่อต่างๆ กำหนดไว้ดังนี้

                           RM     =    ความต้านทานของขดลวดเคลื่อนที่(ความต้านทานภายใน) หน่วยโอห์ม (W)

RSh    =    ความต้านทานชันต์ หน่วยโอห์ม (W)                                                    

IM       =    กระแสไฟฟ้าสูงสุดเต็มสเกลของขดลวดเคลื่อนที่ หน่วยแอมแปร์ (A)

ISh     =    กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทานชันต์หน่วยแอมแปร์ (A)

I        =     กระแสไฟตรงรวมที่ไหลผ่านเข้าวงจรไฟฟ้าของแอมมิเตอร์ หน่วยแอมแปร์

                หรือกระแสไฟฟ้าสูงสุดเต็มสเกล (Full Scale Deflection Current: FSD) ของแอมมิเตอร์ (กระแสไฟฟ้านี้จะไหลไปยังโห

                ที่ต้องการวัด)

         เนื่องจากตัวต้านทานชันต์ (RSh) ต่อเป็นวงจรขนานกับดาร์สันวาลมิเตอร์มีความต้านทาน RMดังนั้นแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานชันต์เท่ากับแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมดาร์สันวาลมิเตอร์ ตามคุณสมบัติของวงจรขนาน เขียนสมการได้เป็น

         ในการออกแบบการขยายย่านวัดแอมมิเตอร์จะออกแบบให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านความต้านทานชันต์ (ISh) มีค่ามากกว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้ามิเตอร์ (IM) มาก ๆ เพื่อป้องกันไม่ให้ขดลวดเคลื่อนที่แบบแม่เหล็กถาวรชำรุด

       ตัวอย่างที่ 2.11  จากรูปที่ 2.26 แอมมิเตอร์เป็นแบบขดลวดเคลื่อนที่แบบแม่เหล็กถาวร มีความต้านทานขดลวด (ภายใน) RM= 99 W ที่เข็มชี้เต็มสเกลมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด 0.1 mA ความต้านทานชันต์RSh= 1 W จงหาค่าต่อไปนี้(Bell, David A., 1994: 41)

                                   ก)  กระแสไฟฟ้ารวมไหลเข้าแอมมิเตอร์ขณะเข็มชี้เต็มสเกล

                                   ข)  กระแสไฟฟ้ารวมไหลเข้าแอมมิเตอร์ขณะเข็มชี้ที่ 0.5 ของเต็มสเกล 

ตัวอย่างที่ 2.12      จากรูปที่ 2.27 แอมมิเตอร์ขนาด 1 mA มีความต้านทานขดลวด 100 Wต้องการ ทำให้เป็นแอมมิเตอร์ ขนาด 0–100 mA 

                            จงหาค่าความต้านทานชันต์ที่จะนำมาต่อขนาน

       2.3.3 การขยายย่านวัดของแอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบซิงเกิลชันต์

         แอมมิเตอร์หลายย่านวัด (Multi–Range Ammeters) แบบซิงเกิลชันต์ ดังรูปที่ 2.28 ใช้ในกรณีที่ต้องการแอมมิเตอร์เพื่อให้สามารถวัดกระแสไฟฟ้าได้หลายค่าในเครื่องเดียวกัน ตัวต้านทานชันต์แต่ละย่านวัด จะแยกอิสระต่อกันและใช้สวิตช์เลือก (Selector Switch) เป็นตัวเปลี่ยนย่านวัด แต่มีข้อเสียคือเมื่อนำแอมมิเตอร์ไปวัดกระแสไฟฟ้าของวงจรใด ๆ แล้ว ขณะเปลี่ยนย่านวัดไปยังย่านวัดต่อไปทำให้กระแสไฟฟ้ารวมของวงจรไหลเข้าขดลวดเคลื่อนที่ จนทำให้เกิดความเสียหายได้ 

         2.3.4 การขยายย่านวัดของแอมมิเตอร์แบบอาร์ตันชันต์

                   การขยายย่านวัดของแอมมิเตอร์แบบอาร์ตันชันต์ (Ayrton Shunt) หรือเรียกว่ายูนิเวอร์เซลชันต์ (Universal Shunt) ใช้หลักการของวงจรขนานเหมือนกับแบบซิงเกิลชันต์โดยใช้ตัวต้านทานชันต์    ย่านวัดต่ำสุดให้ถูกแบ่งไปให้ย่านวัดถัดไปตามลำดับจนถึงย่านวัดสูงสุด ดังรูปที่ 2.29 ทำให้ไม่มีปัญหาเหมือนกับการเปลี่ยนย่านวัดของแอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบซิงเกิลชันต์ เนื่องจากมีตัวต้านทานชันต์ต่อขนานอยู่กับขดลวดเคลื่อนที่เพื่อแบ่งกระแสไฟฟ้าส่วนที่เกินอยู่ตลอดเวลา จึงไม่ทำให้ขดลวดเคลื่อนที่เกิดความเสียหายเนื่องจากกระแสไฟฟ้าเกิน (Jones, Larry D. & Chin, Foster A. 1991: 26)

                   จากรูปที่ 2.29 อาร์ตันชันต์ประกอบด้วย RSh2, RSh2และ RSh3 และอธิบายทิศทางกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมได้ดังรูปที่ 2.30

ความต้านทานชันต์:      RShT     =    RSh2+ RSh2+RSh3       ........... (2.6)

                        ถ้าสวิตช์เลือกอยู่ตำแหน่ง C ดังรูปที่ 2.30 ข) เป็นผลให้ RSh2 + RSh3 ต่อขนานกับ RM+ RSh2 แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมสาขาที่ขนานกันจะเท่ากัน ในเทอมของกระแสไฟฟ้าและความต้านทาน จะได้

       ตัวอย่างที่ 2.13  จากรูปที่ 2.31 แอมมิเตอร์แบบ PMMC จงหาความต้านทานชันต์(Jones, Larry  D. & Chin, Foster A. 1991: 27)

       2.3.5 การใช้งานแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

              1.  การวัดกระแสไฟฟ้าโดยใช้แอมมิเตอร์

                   การวัดกระแสไฟฟ้าจะใช้แอมมิเตอร์เป็นเครื่องมือวัด โดยต่ออนุกรมกับโหลด อธิบายได้ดังรูปที่ 2.33

                   2.  ข้อควรคำนึงในการใช้แอมมิเตอร์

                          (1)  แอมมิเตอร์จะต้องต่ออนุกรมกับโหลดในวงจร

                          (2)  ต่อให้ถูกขั้ว ถ้าต่อผิดขั้วจะทำให้เข็มตีกลับและเกิดการเสียหายได้ 

                          (3)  การเลือกแอมมิเตอร์ที่เหมาะสมในการวัดกระแสไฟฟ้า กรณีใช้แอมมิเตอร์แบบวัดได้หลายค่าและไม่ทราบค่ากระแสไฟฟ้า ให้ใช้ย่านวัดสูงสุดของมิเตอร์ก่อนแล้วจึงปรับหาย่านวัดที่เหมาะสม เพื่อให้ได้ผลถูกต้อง ควรให้เข็มชี้ชี้แสดงค่าออกมาบนสเกลอยู่ประมาณกลางๆสเกลไม่ควรต่ำหรือสูงเกินไป

                          (4)  ไม่ต่อแอมมิเตอร์โดยตรงกับแหล่งจ่ายไฟฟ้า เนื่องจากขดลวดเคลื่อนที่ภายในแอมมิเตอร์มีค่าความต้านทานต่ำมาก ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านแอมมิเตอร์จำนวนมากทำให้เกิดความเสียหายได้ จึงควรลดทอนกระแสไฟฟ้าลงโดยต่อตัวต้านทานชันต์ที่เหมาะสมกับแอมมิเตอร์ก่อนนำไปใช้วัด

       2.3.6 การอ่านค่ากระแสไฟฟ้าจากสเกล

                   การอ่านค่ากระแสไฟฟ้าที่เข็มชี้ของแอมมิเตอร์แสดงค่าไว้มุมที่มองเข็มชี้เพื่ออ่านค่ากระแสบนสเกลมิเตอร์ควรมองจากด้านหน้าเข้ามายังมิเตอร์ไม่ควรมองในมุมเอียงซ้ายเอียงขวาเพราะค่าที่อ่านได้อาจผิดพลาดไปทำให้อ่านค่าได้ไม่ถูกต้อง 

         ตัวอย่างที่ 2.14  จากรูปที่ 2.34 จงอ่านค่ากระแสไฟฟ้าที่วัดได้

                   จากรูปที่ 2.34 อ่านค่าได้ 65 mA อธิบายได้คือ ระหว่างเลข 60 ไป 80 แบ่งออกเป็น 4 ส่วน แต่ละส่วนมีค่าเท่ากับ 5 mA หรือขีดละ 5 mA
ดังนั้นจึงอ่านค่าได้ 60 + 5 = 65 mA 

         ตัวอย่างที่ 2.15จากรูปที่ 2.35 จงอ่านค่ากระแสไฟฟ้าที่วัดได้

                   จากรูปที่ 2.35 อ่านค่าได้ 18 mA อธิบายได้คือ ระหว่างเลข 10 ไป 20 แบ่งออกเป็น 10 ส่วนแต่ละส่วนมีค่าเท่ากับ 1 mA หรือขีดละ 1 mA ดังนั้นจึงอ่านค่าได้ 10 + 8 = 18 mA  

       ตัวอย่างที่ 2.15  จากรูปที่ 2.36 จงอ่านค่ากระแสไฟฟ้าที่วัดได้ เมื่อนำแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไปวัดกระแสไฟฟ้า

        วิธีอ่าน

                                   ย่าน 0–2.5 mA    อ่านค่าได้  =  1.10 mA

                                   ย่าน 0–25 mA     อ่านค่าได้  =  11.0 mA

                                   ย่าน 0–250 mA   อ่านค่าได้  =  110 mA                                               ตอบ

       ตัวอย่างที่ 2.16  จากรูปที่ 2.37 จงอ่านค่ากระแสไฟฟ้าที่วัดได้ เมื่อนำแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ไปวัดกระแสไฟฟ้า

              วิธีอ่าน

                                   ย่าน 0–2.5 mA    อ่านค่าได้  =  1.65 mA

                                   ย่าน 0–25 mA     อ่านค่าได้  =  16.5 mA

                                   ย่าน 0–250 mA   อ่านค่าได้  =  165 mA                                      ตอบ