미터 는 사람이 읽을 수 있는 형태로 전기량을 정확하게 감지하고 표시하도록 제작된 모든 장치입니다. 일반적으로 이 "읽을 수 있는 형태"는 시각적입니다. 즉, 저울 위의 포인터 움직임, "막대 그래프"를 형성하도록 배열된 일련의 조명 또는 숫자로 구성된 일종의 디스플레이입니다. 회로의 분석 및 테스트에는 전압, 전류 및 저항의 기본 양을 정확하게 측정하도록 설계된 미터가 있습니다. 다른 유형의 미터도 많이 있지만 이 장에서는 주로 기본 세 가지의 설계 및 작동을 다룹니다.
대부분의 현대식 미터는 설계상 "디지털"로, 읽을 수 있는 디스플레이가 숫자 형태입니다. 이전 미터 설계는 본질적으로 기계적이며, 일종의 포인터 장치를 사용하여 측정량을 표시합니다. 어느 경우든 (비교적) 많은 양의 전압, 전류 또는 저항을 측정하기 위해 디스플레이 장치를 조정하는 데 적용되는 원리는 동일합니다.
미터 이동이란?
미터의 디스플레이 메커니즘은 종종 무브먼트 라고 하며 , 기계적 특성에서 빌려와서 눈금을 따라 포인터를 움직여 측정된 값을 읽을 수 있도록 합니다. 현대 디지털 미터에는 움직이는 부분이 없지만, "무브먼트"라는 용어는 디스플레이 기능을 수행하는 동일한 기본 장치에 적용될 수 있습니다.
전자기 미터 운동
디지털 "움직임"의 설계는 이 장의 범위를 벗어나지만 기계적 미터 움직임 설계는 매우 이해하기 쉽습니다. 대부분의 기계적 움직임은 전자기 원리에 기반합니다. 즉, 도체를 통과하는 전류는 전류 흐름 축에 수직인 자기장을 생성합니다. 전류가 클수록 생성되는 자기장이 더 강해집니다.
도체에 의해 형성된 자기장이 다른 자기장과 상호 작용하도록 허용되면 두 자기장 소스 사이에 물리적 힘이 생성됩니다. 이러한 소스 중 하나가 다른 소스에 대해 자유롭게 움직일 수 있는 경우 전류가 와이어를 통해 전도되면서 움직일 것이며, 움직임(일반적으로 스프링의 저항에 대한 움직임)은 전류의 세기에 비례합니다.
최초로 제작된 미터 운동은 검류계 로 알려졌으며 , 일반적으로 최대 감도를 염두에 두고 설계되었습니다. 매우 간단한 검류계는 자석화된 바늘(예: 자기 나침반의 바늘)을 끈에 매달고 와이어 코일 내에 배치하여 만들 수 있습니다. 와이어 코일을 통과하는 전류는 자기장을 생성하여 바늘이 지구 자기장 방향을 가리키지 않도록 합니다. 다음 사진에는 오래된 끈 검류계가 나와 있습니다.
이러한 기구는 당시에는 유용했지만, 현대 세계에서는 개념 증명 및 기본적인 실험 장치로만 사용됩니다. 이러한 기구는 모든 종류의 움직임과 지구의 자연 자기장의 교란에 매우 취약합니다. 현재 "검류계"라는 용어는 일반적으로 뛰어난 감도를 위해 제작된 전자기 미터 운동의 모든 디자인을 의미하며, 반드시 사진에 표시된 것과 같은 조잡한 장치를 의미하는 것은 아닙니다.
이제 피벗 와이어 코일이 강한 자기장에 매달려 있고 대부분의 외부 영향으로부터 보호되는 실용적인 전자기 미터 운동을 할 수 있습니다. 이러한 계측기 설계는 일반적으로 영구 자석, 이동 코일 또는 PMMC 운동으로 알려져 있습니다.
위 그림에서 미터 이동 "바늘"은 전체 범위의 약 35%를 가리키고 있으며, 0은 아크의 왼쪽이 가득 차고 전체 범위는 아크의 오른쪽이 완전히 있는 것입니다. 측정된 전류가 증가하면 바늘이 오른쪽을 더 가리키고 감소하면 바늘이 왼쪽의 정지 지점으로 다시 떨어집니다. 미터 디스플레이의 아크에는 측정되는 양의 값을 나타내는 숫자가 표시되어 있으며, 그 양이 무엇이든 상관없습니다.
다시 말해, 바늘을 오른쪽으로 완전히 구동하는 데 50µA의 전류가 필요하다면(이를 "50µA 풀 스케일 움직임"이라고 함), 눈금은 맨 왼쪽 끝에 0µA, 맨 오른쪽에 50µA가 쓰여지고, 25µA는 눈금 중앙에 표시됩니다. 아마도 눈금은 훨씬 더 작은 눈금으로 나뉘고, 아마도 5µA 또는 1µA마다 나뉘며, 움직임을 보는 사람이 바늘의 위치에서 더 정확한 판독값을 유추할 수 있도록 할 것입니다.
미터 운동은 전류가 들어오고 나갈 수 있도록 뒷면에 한 쌍의 금속 연결 단자가 있습니다. 대부분의 미터 운동은 극성에 민감하며, 한 방향의 전류는 바늘을 오른쪽으로 몰고 다른 방향은 왼쪽으로 몰고 갑니다. 일부 미터 운동은 왼쪽이 아닌 스케일 스윕 중앙에 스프링 중심이 있는 바늘을 가지고 있어 두 극성을 측정할 수 있습니다.
일반적인 극성 감지 운동에는 D'Arsonval 및 Weston 디자인이 포함되며, 둘 다 PMMC 유형 기기입니다. 와이어를 통한 한 방향의 전류는 바늘 메커니즘에 시계 방향 토크를 생성하는 반면, 다른 방향의 전류는 반시계 방향 토크를 생성합니다.
일부 미터의 움직임은 극성 에 민감하여, 자화되지 않은 이동식 철제 베인이 고정된 전류를 전달하는 전선을 향해 끌려 바늘을 편향시키는 데 의존합니다. 이러한 미터는 교류(AC)를 측정하는 데 이상적입니다. 극성에 민감한 움직임은 AC 전원에 연결하면 쓸모없이 앞뒤로 진동할 뿐입니다.
정전기 미터 이동
대부분의 기계적 미터 운동은 전자기력(도체를 통과하는 전류가 수직 자기장을 생성함)에 기반을 두고 있지만, 일부는 정전기력에 기반을 두고 있습니다. 즉, 공간을 가로지르는 전하가 생성하는 인력 또는 반발력입니다. 이는 특정 물질(예: 왁스 및 양모)을 서로 문지르면 나타나는 현상과 동일합니다. 두 개의 전도성 표면 사이에 공기 갭을 가로질러 전압을 가하면 두 표면을 서로 끌어당기는 물리적 힘이 발생하여 어떤 종류의 표시 메커니즘을 움직일 수 있습니다.
그 물리적 힘은 판 사이에 인가된 전압에 정비례하고 판 사이의 거리의 제곱에 반비례합니다. 힘은 또한 극성과 무관하므로 이것은 극성에 민감하지 않은 유형의 미터 움직임입니다.
불행히도, 정전기 인력에 의해 생성되는 힘은 일반적인 전압에 대해 매우 작습니다. 사실, 너무 작아서 이러한 미터 이동 설계는 일반 테스트 계측기에서 사용하기에 비실용적입니다. 일반적으로 정전기 미터 이동은 매우 높은 전압(수천 볼트)을 측정하는 데 사용됩니다.
그러나 정전기 미터 운동의 한 가지 큰 장점은 저항이 매우 높은 반면 전자기 운동(자기장을 생성하기 위해 전선을 통한 전류 흐름에 의존)은 저항이 훨씬 낮다는 사실입니다. 앞으로 더 자세히 살펴보겠지만, 저항이 클수록(테스트 중인 회로에서 끌어오는 전류가 줄어듬) 전압계가 더 좋아집니다.
음극선관
정전기 전압 측정의 훨씬 더 일반적인 응용 분야는 음극선관 또는 CRT 라고 알려진 장치에서 볼 수 있습니다 . 이것은 텔레비전 뷰스크린 튜브와 매우 유사한 특수 유리관입니다. 음극선관에서 진공 중을 이동하는 전자 빔은 빔 양쪽에 있는 금속판 쌍 사이의 전압에 의해 경로에서 벗어납니다.
전자는 음전하를 띠기 때문에 음극판에 밀려나고 양극판에 끌리는 경향이 있습니다. 두 판에 걸쳐 전압 극성이 반전되면 전자 빔이 반대 방향으로 휘어지고 이러한 유형의 미터 "움직임"이 극성에 민감해집니다.
금속판보다 훨씬 적은 질량을 가진 전자는 이 정전기력에 의해 매우 빠르고 쉽게 움직입니다. 전자가 튜브의 유리 끝에 부딪혀 인산 화학 물질 코팅을 때리고 튜브 외부에서 보이는 빛을 방출하면서 편향된 경로를 추적할 수 있습니다. 편향판 사이의 전압이 클수록 전자 빔은 직선 경로에서 더 멀리 "구부러지고" 튜브 끝의 중앙에서 빛나는 점이 더 멀리 보입니다.
CRT 사진은 다음과 같습니다.
실제 CRT에서는 위 사진에서 보듯이 편향판이 하나가 아니라 두 쌍이 있습니다. 전자빔을 직선이 아닌 화면 전체에 쓸어 넘길 수 있으려면 빔을 두 차원 이상에서 편향시켜야 합니다.
이러한 튜브는 작은 전압을 정확하게 기록할 수 있지만, 부피가 크고 작동하려면 전기가 필요합니다(전자기 미터 운동과는 달리, 전자기 미터 운동은 더 작고 이를 통과하는 측정 신호 전류의 전력으로 작동). 또한 다른 유형의 전기 계량 장치보다 훨씬 더 취약합니다. 일반적으로 음극선 관은 정밀한 외부 회로와 함께 사용되어 오실로스코프라고 하는 더 큰 테스트 장비를 형성하는데 , 이는 시간에 따른 전압 그래프를 표시할 수 있는 기능이 있으며, 전압 및/또는 전류 레벨이 동적으로 변하는 특정 유형의 회로에 매우 유용한 도구입니다.
풀 스케일 표시
미터의 종류나 미터의 움직임 크기에 관계없이 전체 규모 표시를 제공하는 데 필요한 정격 전압 또는 전류 값이 있습니다. 전자기 운동에서 이는 바늘을 회전시켜 지시 눈금의 정확한 끝을 가리키는 데 필요한 "전 규모 편향 전류"가 됩니다. 정전기 운동에서 전체 규모 정격은 플레이트에 의해 작동되는 바늘의 최대 편향을 초래하는 전압 값 또는 전자 빔을 지시 화면의 가장자리로 편향시키는 음극선관의 전압 값으로 표현됩니다. 디지털 "운동"에서는 숫자 디스플레이에 "전체 카운트" 표시를 초래하는 전압의 양입니다. 숫자가 더 큰 양을 표시할 수 없는 경우입니다.
미터 설계자의 과제는 주어진 미터의 움직임을 취하고 특정 전압 또는 전류의 일부에서 전체 규모 표시를 위한 필요한 외부 회로를 설계하는 것입니다. 대부분의 미터 움직임(정전기 움직임 제외)은 매우 민감하여 볼트 또는 암페어의 작은 일부에서만 전체 규모 표시를 제공합니다. 이는 대부분의 전압 및 전류 측정 작업에는 비실용적입니다. 기술자에게 종종 필요한 것은 고전압 및 전류를 측정할 수 있는 미터입니다.
민감한 미터 운동을 전압 또는 전류 분배기 회로의 일부로 만들면 운동의 유용한 측정 범위가 운동만으로 나타낼 수 있는 것보다 훨씬 더 큰 수준을 측정하도록 확장될 수 있습니다. 정밀 저항기는 전압 또는 전류를 적절하게 분배하는 데 필요한 분배기 회로를 만드는 데 사용됩니다. 이 장에서 배울 교훈 중 하나는 이러한 분배기 회로를 설계하는 방법입니다.
검토:
- " 움직임 "은 미터의 표시 메커니즘입니다.
- 전자기 운동은 전선을 통한 전류에 의해 생성되는 자기장의 원리에 따라 작동합니다. 전자기 미터 운동의 예로는 D'Arsonval, Weston 및 철제 베인 디자인이 있습니다.
- 정전기적 운동은 두 판 사이의 전기장에 의해 생성되는 물리적 힘의 원리를 바탕으로 작동합니다.
- 음극선관 (CRT)은 정전기장을 사용하여 전자빔의 경로를 구부리고, 빔이 유리관 끝에 부딪힐 때 발생하는 빛으로 빔의 위치를 표시합니다.