전류계는 전류를 측정합니다
전류를 측정하도록 설계된 미터는 일반적으로 " 암페어 "라는 측정 단위를 사용하므로 "전류계" 라고 불립니다 .
전류계 설계에서 운동의 사용 가능한 범위를 확장하기 위해 추가된 외부 저항은 전압계의 경우처럼 직렬 로 연결되는 것이 아니라 운동과 병렬 로 연결됩니다 . 이는 측정된 전압이 아닌 측정된 전류를 운동으로 분배하고자 하기 때문이며, 전류 분배기 회로는 항상 병렬 저항으로 형성되기 때문입니다.
전류계 설계
전압계 예제 와 같은 미터 이동을 취하면 그 자체로 매우 제한된 계측기가 되고 전체 스케일 편향은 단 1mA에서 발생한다는 것을 알 수 있습니다.
미터 운동의 전압 측정 기능을 확장하는 경우와 마찬가지로, 확장된 전류 범위에 대해 다르게 읽히도록 운동의 눈금을 그에 따라 다시 레이블해야 합니다. 예를 들어, 이전과 같은 미터 운동을 사용하여 5 암페어의 전체 범위(본질적인 전체 범위가 1 mA에 불과함)를 갖는 전류계를 설계하려는 경우, 이전처럼 0 mA~1 mA가 아니라 운동의 눈금을 맨 왼쪽에 0 A, 맨 오른쪽에 5 A로 다시 레이블해야 합니다.
병렬 연결 저항기가 제공하는 확장된 범위는 미터 이동 면에 그래픽으로 표현해야 합니다.
샘플 운동에 대한 확장 범위로 5 암페어를 사용하여 대부분의 전류를 "분로"하거나 우회하는 데 필요한 병렬 저항의 양을 결정하여 총 전류가 5A인 운동을 통해 1mA만 통과하도록 합시다.
운동 전류, 운동 저항, 전체 회로(측정) 전류의 주어진 값에서 미터 운동에 걸리는 전압을 결정할 수 있습니다( 중앙 열에 옴의 법칙 적용, E=IR):
운동과 션트로 형성된 회로가 병렬 구성임을 알고 있으므로 운동, 션트 및 테스트 리드(전체)의 전압은 동일해야 함을 알 수 있습니다.
또한 우리는 션트를 통과하는 전류가 총 전류(5 암페어)와 이동을 통한 전류(1 mA)의 차이여야 한다는 것을 알고 있습니다. 왜냐하면 분기 전류는 병렬 구성에서 더해지기 때문입니다.
그런 다음 오른쪽 열에 옴의 법칙(R=E/I)을 사용하여 필요한 션트 저항을 결정할 수 있습니다.
물론, 총 저항(R=E/I, 0.5볼트/5암페어=정확히 100mΩ)을 계산한 다음 병렬 저항 공식을 거꾸로 적용하여 션트의 경우 100밀리옴(100mΩ)이 조금 넘는 동일한 값을 계산할 수 있었지만, 계산은 더 어려웠을 것입니다.
실제 설계에서의 전류계
실제로 전류계의 션트 저항은 일반적으로 미터 장치의 보호용 금속 하우징 안에 싸여 있어 보이지 않습니다. 다음 사진에서 전류계의 구조를 확인하세요.
이 특정 전류계는 Stewart-Warner에서 제조한 자동차용 장치입니다. D'Arsonval 미터 운동 자체는 아마도 밀리암페어 범위의 전체 스케일 정격을 가지고 있지만, 미터 전체의 범위는 +/- 60 암페어입니다. 이 높은 전류 범위를 제공하는 션트 저항은 미터의 금속 하우징 내에 싸여 있습니다.
또한 이 특정 미터의 경우 바늘이 0 암페어에 중심을 두고 "양" 전류 또는 "음" 전류를 나타낼 수 있습니다. 자동차의 배터리 충전 회로에 연결된 이 미터는 충전 상태(발전기에서 배터리로 흐르는 전류) 또는 방전 상태(배터리에서 자동차의 나머지 부하로 흐르는 전류)를 나타낼 수 있습니다.
전류계의 사용 가능 범위 증가
다중 범위 전압계의 경우와 마찬가지로 전류계는 다중 극 스위치로 전환되는 여러 개의 션트 저항을 통합하여 하나 이상의 사용 가능한 범위를 제공할 수 있습니다.
범위 저항은 전압계 설계에서 직렬로 연결된 것이 아니라 미터 이동과 병렬로 연결되도록 스위치를 통해 연결된다는 점에 유의하십시오. 5단계 스위치는 물론 한 번에 하나의 저항과만 접촉합니다. 각 저항은 미터 이동의 특정 정격(1mA, 500Ω)을 기준으로 다른 전체 범위에 맞게 크기가 조정됩니다.
이러한 미터 설계를 사용하면 각 저항기 값은 알려진 총 전류, 이동 전체 범위 편향 정격 및 이동 저항을 사용하여 동일한 기술로 결정됩니다. 100mA, 1A, 10A 및 100A 범위의 전류계의 경우 션트 저항은 다음과 같습니다.
이 션트 저항기 값은 매우 낮다는 점에 유의하세요! 5.00005 mΩ는 5.00005 밀리옴 또는 0.00500005 옴입니다! 이러한 낮은 저항을 달성하기 위해 전류계 션트 저항기는 종종 비교적 대구경 와이어 또는 단단한 금속 조각으로 맞춤 제작해야 합니다.
전류계 션트 저항의 크기를 정할 때 주의해야 할 한 가지는 전력 소모 계수입니다. 전압계와 달리 전류계의 범위 저항은 많은 양의 전류를 전달해야 합니다. 션트 저항의 크기가 적절하지 않으면 과열되어 손상되거나 적어도 과열로 인해 정확도가 떨어질 수 있습니다. 위의 예시 미터의 경우 전체 눈금 표시에서 전력 소모는 다음과 같습니다(이중 구불구불한 선은 수학에서 "대략적으로 동일함"을 나타냄):
1/8와트 저항기는 R 4 에 딱 맞고 , 1/2와트 저항기는 R 3 에 충분하고 , 5와트 저항기는 R 2 에 충분합니다 (저항기는 정격 전력 소모 근처에서 작동하지 않으면 장기 정확도가 더 잘 유지되는 경향이 있으므로 저항기 R 2 와 R 3을 과대 평가할 수 있음). 하지만 정밀 50와트 저항기는 희귀하고 실제로 비싼 부품입니다. 금속 재고나 두꺼운 와이어로 만든 맞춤형 저항기는 낮은 저항과 높은 전력 정격의 두 가지 요구 사항을 모두 충족하기 위해 R 1 에 대해 제작해야 할 수 있습니다 .
때때로 션트 저항기는 높은 입력 저항의 전압계와 함께 사용되어 전류를 측정합니다. 이러한 경우 전압계 움직임을 통한 전류는 무시할 수 있을 만큼 작으며, 션트 저항은 전류 암페어당 생성되는 전압 또는 밀리볼트 강하량에 따라 크기를 조정할 수 있습니다.
예를 들어, 위 회로의 션트 저항이 정확히 1Ω로 크기가 조정되었다면, 전류 1 암페어당 1볼트가 떨어집니다. 그러면 전압계 표시는 션트를 통과하는 전류의 직접적인 표시로 간주될 수 있습니다.
매우 작은 전류를 측정하기 위해 더 높은 션트 저항 값을 사용하여 주어진 전류 단위당 더 많은 전압 강하를 생성할 수 있으므로 (전압)계의 사용 가능한 범위를 더 낮은 양의 전류로 확장할 수 있습니다. 전류를 측정하기 위해 낮은 값의 션트 저항과 함께 전압계를 사용하는 것은 산업용 애플리케이션에서 흔히 볼 수 있는 것입니다.
전류계 대신 션트 저항과 전압계 사용
전압계와 함께 션트 저항을 사용하여 전류를 측정하는 것은 회로에서 빈번한 전류 측정 작업을 단순화하는 데 유용한 요령이 될 수 있습니다. 일반적으로 전류계로 회로를 통해 전류를 측정하려면 회로를 끊고(중단) 전류계를 다음과 같이 분리된 와이어 끝 사이에 삽입해야 합니다.
전류를 자주 측정해야 하는 회로가 있거나 전류 측정 과정을 더 편리하게 만들고 싶은 경우 션트 저항을 해당 지점 사이에 배치하고 영구적으로 그대로 두면 회로의 연속성을 방해하지 않고 필요에 따라 전압계로 전류를 측정할 수 있습니다.
물론, 션트 저항의 크기를 회로의 정상적인 작동에 부정적인 영향을 미치지 않을 만큼 낮게 조정하는 데 주의해야 하지만, 일반적으로 그렇게 하는 것은 어렵지 않습니다. 이 기술은 컴퓨터 회로 분석에도 유용할 수 있는데, 컴퓨터가 회로를 통과하는 전류를 전압으로 표시하도록 할 수 있습니다(SPICE를 사용하면 음의 전류 값을 읽는 특이성을 피할 수 있습니다).
션트 저항 예제 회로 v1 1 0 rshunt 1 2 1 rload 2 0 15k .dc v1 12 12 1 .print dc v(1,2) .endv1 v(1,2) 1.200E+01 7.999E-04우리는 션트 저항기( SPICE 시뮬레이션 에서 회로 노드 1과 2 사이)의 전압 판독값을 암페어로 직접 해석할 것입니다. 7.999E-04는 0.7999 mA 또는 799.9 µA입니다. 이상적으로는 15 kΩ에 직접 12볼트를 적용하면 정확히 0.8 mA가 되지만 션트의 저항은 그 전류를 아주 약간만 줄입니다(실제와 마찬가지로).
그러나 이러한 작은 오차는 일반적으로 시뮬레이션이나 실제 회로의 정확도 한계 내에 있으므로, 정확한 전류 측정이 필요한 가장 까다로운 애플리케이션을 제외한 모든 애플리케이션에서 션트 저항기를 사용할 수 있습니다.
검토:
- 전류계 범위는 운동 회로에 병렬 "션트" 저항을 추가하여 정확한 전류 분배를 제공함으로써 생성됩니다.
- 션트 저항기는 전력 소모가 높을 수 있으므로 이러한 계측기에 맞는 부품을 선택할 때는 주의하세요!
- 션트 저항기는 고저항 전압계 및 저저항 전류계 운동과 함께 사용할 수 있으며, 주어진 전류량에 대해 정확한 전압 강하를 생성합니다. 션트 저항기는 테스트 중인 회로에 미치는 영향을 최소화하기 위해 가능한 한 낮은 저항 값을 선택해야 합니다.