전류계

 

전류계

전류계는 측정되는 회로 부분과 직렬로 연결될 때 전기 회로 주위에 흐르는 전류의 세기를 찾는 데 사용되는 측정 장비입니다.

우리는 지난 튜토리얼에서 PMMC(Permanent Magnet Moving Coil) 검류계가 전류 운반 코일이 영구 자기장 내에 배치되는 일종의 장비라는 것을 보았습니다.

전류( I )가 코일을 통과할 때 주위에 생성된 전자기장이 영구 자기장과 반응하여 코일을 움직이게 하는 편향 토크를 생성합니다. 코일에 부착된 지침이나 바늘은 편향량( Φ )을 나타냅니다.

우리는 또한 영구 자석 가동 코일 미터가 직렬 연결된 승산기 저항의 도움으로 효과적인 DC 전압계 로 변환될 수 있다는 것을 배웠습니다. 그러나 PMMC 미터를 사용하여 저항을 직렬이 아닌 미터와 병렬로 연결하여 전류를 측정할 수도 있으며 이것이 전류계 의 기초를 형성합니다 .

이름에서 알 수 있듯이 전류계는 전류(I)를 측정하는 데 사용되는 도구이며 측정 단위가 "암페어", 더 정확하게는 암페어 라는 사실에서 그 이름을 얻었습니다 .

 

그러나 전류를 측정하려면 관심 있는 전체 전류가 전류계를 통과할 수 있도록 전류계를 연결해야 합니다. 즉, 전류계는 항상 측정 중인 회로나 부품에 직렬로 연결되어야 합니다.

그러나 여기에 문제가 있습니다. 전압계에 대한 이전 튜토리얼에서 본 것처럼 표준 PMMC 미터의 FSD(전체 크기 편향)는 매우 작기 때문에 마이크로암페어(uA) 또는 밀리미터 단위로 제공되는 0 ~ I FSD 의 작은 전류만 전달할 수 있습니다. -PMMC 가동 코일의 권선에 사용되는 작은 와이어 크기로 인해 암페어(mA)가 발생합니다.

훨씬 더 높은 전류로 인해 미터 포인터가 잠재적으로 코일 권선이 과열되거나 손상될 수 있는 최대 FSD 편향을 초과하게 되므로 이보다 크거나 최대 10암페어까지 회로 전류를 측정하고 싶다면 어떻게 해야 할까요? 포인터를 구부리지 마세요. . 그렇다면 어떻게 표준 PMMC 미터를 사용하여 FSD 등급보다 더 큰 전류를 측정할 수 있습니까?

회로 전류를 측정하려면 검류계를 직렬로 연결해야 하며 코일 저항이 상당히 크기 때문에 R G 이는 측정되는 전류 값에 영향을 미칩니다.

PMMC 미터를 전류계로 사용하는 경우 병렬 연결된 "션트 저항기"를 사용하여 측정 범위를 더욱 확장할 수 있으므로 일반 전체 편향 전류 정격보다 몇 배 더 큰 DC 전류를 측정할 수 있습니다. 총 전류의 일부가 미터를 통과합니다.

전류계 션트 저항기

전류계의 전류 감도는 포인터의 필요한 FSD 이동을 생성하기 위해 미터 코일에 필요한 전류량에 따라 결정됩니다. "편향"이라고 불리는 코일이 움직이는 양( Φ )은 바늘을 편향시키는 데 필요한 자기장을 생성하는 데 필요한 코일을 통해 흐르는 전류의 강도에 비례합니다(도(또는 라디안)). 암페어, o /A(또는 rad/A).

따라서 필요한 편향을 생성하는 데 필요한 전류량이 작을수록 미터의 감도는 높아집니다. 그런 다음 전류계의 포인터가 전류에 반응하여 움직이므로 미터 이동에 전체 스케일 편향에 100uA만 필요한 경우 FSD에 1mA가 필요한 미터 이동보다 더 큰 감도를 갖게 됩니다.

전압계의 경우처럼 직렬이 아닌 외부 션트 저항기를 미터와 병렬로 연결함으로써 사용 가능한 이동 범위를 확장할 수 있습니다. 이는 병렬 연결된 저항이 이름에서 알 수 있듯이 측정된 전류를 표시된 대로 저항 값에 의해 결정된 양으로 나누는 전류 분배기 네트워크를 형성하기 때문입니다.

전류계 회로

 

 

여기서 저저항 션트는 PMMC 미터 단자와 병렬로 연결(션트)되며 대부분의 회로 전류를 전달하여 그 중 일부만 미터의 권선 코일을 통해 흐르도록 설계되었습니다.

따라서 션트 저항은 계기 전류에 따라 전류계의 범위를 증가시키며, IG는 전체 회로 전류 IT 에 비례하여 전체 규모 편향에 대해 계기 전체에 필요한 전압 강하를 생성합니다.

100uA, 200Ω 검류계를 사용하여 최대 1.0A의 회로 전류를 측정한다고 가정해 보겠습니다. 확실히 1암페어를 측정하기 위해 미터를 회로에 직접 연결할 수는 없습니다.

그러나 옴의 법칙을 사용하면 최대 1암페어의 회로 전류를 측정하는 데 사용되는 션트 저항기의 값인 풀스케일 미터 이동을 생성하는 데 필요한 R S 및 해당 I G x R G 전압 강하를 계산할 수 있습니다.

 

 

따라서 검류계가 최대 편향을 제공하는 전류가 100uA로 주어지면 필요한 션트 저항 RS는 0.02Ω 으로 계산됩니다. 20mV(V = I*R = 100μA x 200Ω) 전압 강하의 경우 100uA는 PMMC 미터를 통해 흐르고 999.9mA는 저저항 션트 저항기를 통해 흐릅니다.

따라서 거의 모든 회로 전류(I T )는 이동 코일을 통과하는 FSD에 필요한 전류의 아주 작은 부분만으로 션트 저항을 통과합니다. 따라서 충분히 작은 저항을 병렬로 연결하기만 하면 검류계를 전류계로 변환할 수 있습니다. 표시된 대로입니다.

전류계 션트 저항

 

 

이 션트 저항 R S 는 코일 권선에서 회로 전류를 전환하기 위해 항상 코일의 내부 저항 R G 보다 낮습니다 . 그런 다음 미터의 움직임과 이 외부 션트 저항의 조합은 특정 미터에 대한 FSD가 무엇이든 상관없이 간단한 아날로그 전류계의 기초를 형성합니다.

예를 들어, 동일한 검류계를 사용하여 0~1암페어, 0~5암페어, 0~10암페어 등의 전류를 측정할 수 있습니다. 동일한 미터 이동으로 서로 다른 션트 저항 값을 사용하고 이에 따라 미터 눈금을 수정하면 됩니다. .

전류계 예 No1

검류계는 내부 이동 코일 저항이 100Ω이고 3mA에 대한 전체 크기 편향을 제공합니다. PMMC 미터를 0~5A 범위의 DC 전류계로 변환하는 데 필요한 션트 저항 값을 계산합니다.

주어진 데이터: R G  = 100Ω , I G  = 3mA 및 I T(최대)  = 5 암페어

 

따라서 5A의 최대 전류 강도를 측정하려면 0.06Ω, 즉 60mΩ(60mΩ)의 저항이 필요합니다.

전류계 예 No2

PMMC 미터에는 200Ω의 코일 저항과 25개 눈금으로 표시된 선형 포인터 눈금이 있습니다. 미터기의 감도가 구간당 4mA인 경우 최대 전류 20A를 측정하는 데 필요한 션트 저항을 계산하십시오.

4mA = 1구간이면 25구간 = 25*4mA = 100mA, 즉 0.1암페어입니다. 따라서 PMMC 미터의 FSD는 100mA입니다.

 

 

그런 다음 전류계에 의해 주어진 총 저항이 연결된 션트 저항 R S 의 값과 거의 같고 측정되는 회로 전류가 증가함에 따라 확실히 작아진다는 것을 알 수 있습니다.

따라서 전류를 측정할 회로 부품과 직렬로 연결될 때 전류계의 부하 효과가 크게 감소됩니다. 이상적으로 전류계의 총 저항은 0이 됩니다.

전류계에 사용되는 션트 저항기는 저항값이 매우 낮기 때문에 일반적으로 상대적으로 직경이 큰 와이어나 단단한 구리 막대 조각으로 만들어야 합니다. 고전류 션트는 일반적으로 밀볼트(mV) 단위의 특정 전압 강하를 생성하기 위해 보정된 구리 막대로 판매됩니다.

전류 측정

이전에 전압계에 대한 튜토리얼에서 살펴본 것처럼 검류계를 사용하는 측정 장비는 적절한 범위의 저항기와 선택 스위치를 추가하여 다중 범위 미터로 변환할 수 있습니다. 당사의 간단한 DC 전류계는 특정 전류 범위에 맞게 크기가 조정된 각 저항기의 여러 션트 저항을 사용하여 더욱 확장할 수 있습니다.

단일 다극 4 또는 5위치 스위치를 사용하여 각 저항기를 하나씩 선택하면 전류계가 한 번의 움직임으로 훨씬 더 넓은 범위의 전류를 측정할 수 있습니다. 이러한 유형의 전류계 구성을 다중 범위 전류계라고 합니다.

직접 다중 범위 전류계 구성

이 전류계 구성에서는 각 분로 저항기인 다중 범위 전류계의 RS가 원하는 암페어 범위를 제공하기 위해 이전과 같이 계기와 병렬로(분류) 연결됩니다.

따라서 1mA, 10mA, 100mA 및 1A의 전류 범위를 측정하는 데 위의 100uA FSD 미터가 필요하다고 가정하면 필요한 션트 저항기는 이전과 동일하게 계산됩니다.

 

 

다음과 같은 직접 다중 범위 전류계 회로 제공:

 

이 직접 전압계 구성은 작동하지만 설계의 주요 문제 중 하나는 사용되는 다중 위치 선택 스위치 유형에 있습니다. 대부분의 스위치에는 "BM(Break-Before-Make)" 동작이 있습니다. 즉, 스위치가 다른 전류를 읽기 위해 한 위치에서 다른 위치로 회전할 때 짧은 순간에 션트 저항기가 미터에서 실제로 연결이 끊어집니다. 따라서 측정되는 모든 회로 전류는 미터의 이동 코일을 통해 방향이 전환되며 이로 인해 손상될 수도 있고 손상되지 않을 수도 있습니다.

이 문제를 극복하는 한 가지 방법은 더 비싼 "중단 전 연결"(MB) 동작 스위치를 사용하거나 선택기 스위치를 회전할 때 여전히 연결된 상태를 유지하도록 션트 저항기의 연결을 구성하는 것입니다. 회로를 구성하여 섬세한 미터 움직임을 보호합니다. 이를 달성하는 한 가지 방법은 간접 DC 전류계 방법을 사용하는 것입니다.

간접 다중 범위 전류계 구성

보다 실용적인 설계는 원하는 전류 범위를 제공하기 위해 하나 이상의 션트 저항이 미터 전체에 걸쳐 직렬로 함께 연결되는 간접 전류계 구성입니다. 여기서의 장점은 션트 저항기에 대한 표준 기본 값을 사용할 뿐만 아니라 언제든지 섬세한 미터 이동이 저항 값에 의해 션트된다는 것입니다.

따라서 50mV FSD 미터와 1mA, 10mA, 100mA 및 1A의 전류 범위를 이전과 같이 다시 가정하면 필요한 저항 값은 다음과 같이 다시 계산됩니다.

 

 

다음과 같은 간접 다중 범위 전류계 회로 제공:

 

 

그런 다음 간접 4위치 아날로그 전류계 구성에서 측정할 전류가 높을수록 스위치에 의해 선택되는 션트 저항 값이 낮아진다는 것을 확인했습니다. PMMC 미터와 병렬로 연결된 총 저항은 R TOTAL = R S1 + R S2 + R S3 + R S4 와 같이 저항의 합이 됩니다 .

두 회로, 즉 직접 및 간접 전류계 구성은 모두 동일한 전류 강도를 읽을 수 있지만 간접 전류계 구성은 선택기 스위치가 회전할 때 PMMC 미터를 과전류 상태로부터 보호하므로 선호됩니다.

아날로그 전류계는 회로 주위에 흐르는 암페어를 빠르고 정확하게 판독하며 동일한 검류계 이동을 사용하여 션트의 저항 값을 변경함으로써 전류 세기 범위를 표시할 수 있습니다. 제로 중심 전류계는 전류 흐름 방향을 표시하는 데 유용합니다. 즉, "양" 전류 또는 "음" 전류 흐름을 나타낼 수 있습니다.

션트 저항기 값의 선택은 궁극적으로 전류계로 사용되는 검류계의 FSD와 미터 눈금이 암페어, 밀리암페어 또는 마이크로암페어로 교정되는지 여부에 따라 측정되는 전류 레벨에 따라 달라집니다.

하지만 10암페어 또는 심지어 100암페어를 측정하고 싶다면 어떻게 해야 할까요? 전류 션트가 일반적으로 밀리옴(mΩ) 이하의 매우 낮은 값 저항이어야 한다는 점을 제외하면 동일한 원칙이 적용됩니다.

PMMC 미터에 전원을 공급하기 위해 션트 전체에 필요한 전압 강하를 제공하기 위해 교정된 션트가 완비된 고전류 DC 전류계를 사용할 수 있습니다. 10mV 또는 20mV만큼 낮은 전압 강하를 통해 미터기의 1차 DC 전류를 정확하게 변환하여 전체 판독값을 수백 암페어로 표시할 수 있습니다.

그러나 많은 양의 전류를 전달하기 위해 전류계 션트 저항기의 크기를 조정할 때 I 2 R 전력 손실을 고려해야 합니다. 그렇지 않으면 저항이 과열되어 손상될 수 있습니다.

큰 AC 전류를 측정하려면 변류기를 사용해야 합니다. 변류기 튜토리얼에서 논의한 것처럼 5A 풀 스케일 전류계는 적절한 변류기와 함께 사용할 수 있으며 선택한 변압기로 교정됩니다.