2 แอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

เรือ่ ง แอมมเิ ตอรไ์ ฟฟา้ กระแสตรง (DC. Ammeter) วตั ถปุ ระสงค์ 1. เข้าใจโครงสรา้ งเบ้อื งตน้ ของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง 2. เขา้ ใจการทางานของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง 3. ใช้งานแอมมเิ ตอร์ไฟฟา้ กระแสตรงในการวัดและการอ่านค่าได้ 4. สามารถขยายยา่ นการวัดกระแสไฟของแอมมิเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรงได้ 5. บารุงรกั ษาแอมมเิ ตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงได้ เนอื้ หาสาระ แอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC Ammeter) เป็นเคร่ืองวัดไฟฟ้ากระแสตรงท่ีใช้วัดกระแสไฟฟ้าได้หลายค่า คือวัดกระแสไฟฟ้าเป็นไมโครแอมแปร์ เรียกว่า ไมโครแอมมิเตอร์ (Microammeter) ใช้วัดกระแสไฟฟ้าเป็น มิลลิแอมแปร์ เรียกว่า มิลลิแอมมิเตอร์ (Milliammeter) และใช้วัดกระแสไฟฟ้าเป็นแอมแปร์ เรียกว่า แอมมิเตอร์ ตัวอยา่ งมลิ ลแิ อมมเิ ตอร์และแอมมเิ ตอร์ไฟฟา้ กระแสตรง ดังรปู ท่ี 2.1 รปู ที่ 2.1 ตวั อยา่ งมิลลแิ อมมิเตอรแ์ ละแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง โครงสรา้ งของแอมมเิ ตอร์ไฟฟา้ กระแสตรง โครงสร้างของมิเตอร์เบื้องต้นจะใช้รูปแบบของดาร์สันวาลมิเตอร์ ตามที่กล่าวในหน่วยท่ี 1 เรื่องขดลวด เคลอื่ นท่ี จะอาศัยการทางานโดยใช้กระแสไฟฟ้าจา่ ยเขา้ มิเตอร์แต่เนื่องจากโครงสรา้ งมีขนาดเล็กขดลวดเคล่ือนที่จึงรับ กระแสไฟฟ้าได้จากัดค่าหนึ่งซ่ึงน้อยมากแต่เกิดความคล่องตัวในการทางานในขณะบ่ายเบนไปของอาร์เมเจอร์จะเกิด แรงเสยี ดทานน้อยช่วยให้การวัดค่าเกิดความเทย่ี งตรงมากข้ึนดว้ ยข้อจากัดของโครงสร้างจึงทาให้ดาร์สันวาลมิเตอร์ถูก จากัดการใช้งานในวงแคบๆแต่ถ้าต้องการวัดกระแสไฟฟ้าปริมาณสูงเกินค่าจากัดของกระแสไฟฟ้า จึงต้องหาตัว ต้านทานมาต่อขนานเพื่อแบ่งกระแสไฟฟ้าส่วนที่เกินค่าจากัดมาต่อ โครงสร้างของดาร์สันวาลมิเตอร์จะเป็นขดลวด เคลอ่ื นที่แบบแมเ่ หลก็ ถาวร (Permanent Magnet Moving Coil: PMMC) แสดงดงั รปู ที่ 2.2

รูปที่ 2.2 โครงสร้างของแอมมเิ ตอร์ แบบขดลวดเคล่ือนท่ี การขยายย่านวดั แอมมเิ ตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรง การเปลีย่ นแปลงแอมมเิ ตอรต์ วั เดิมให้สามารถวัดกระแสไฟฟ้าไดห้ ลายยา่ นวดั เพอื่ ความสะดวกในการใช้งาน ทาได้โดยการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานภายในของมิเตอร์มูฟเมนท์ แบบขดลวดเคล่ือนที่ โดยการต่อตัวต้านทาน ขนาน (SHUNT RESISTOR) กับมิเตอร์มูฟเมนท์ ชนิดขดลวดเคลื่อนท่ี จึงทาให้ความสามารถในการวัดกระแสของ มิเตอรม์ ูฟเมนท์เปลยี่ นไปในลกั ษณะทีส่ งู ขึน้ แอมมิเตอร์หลายยา่ นวดั (Multirange ammeter) 1. แบบอินดวิ ิดวล (INDIVIDUAL TYPE) แอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบหน่ึงที่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อใช้งานคือ แบบอินดิวิดวล (INDIVIDUAL TYPE) แอมมิเตอร์จะวัดกระแสไดห้ ลายย่านวัด กใ็ ช้ตวั ตา้ นทานหลายๆ ค่ามาต่อขนานเข้าไปในวงจร และใชซ้ ีเลค็ เตอร์สวิทช์ ต่อเพ่ือใช้เลือกย่านวัดที่ต้องการ โดยตัวต้านทานที่ต่อขนานกับแอมมิเตอร์จะถูกแยกออกจากกันเป็นอิสระตัวละย่าน จะไมเ่ กยี่ วขอ้ งกนั วงจรแสดงดงั รูปที่ 2.3 รปู ที่ 2.3 แอมมเิ ตอรห์ ลายย่านวดั แบบอินดวิ ดิ วล

จากรูปวงจรท่ี 2.3 เป็นวงจรแอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบอินดิวิดวล ท่ีสามารถวัดกระแสไฟฟ้าได้สูงข้ึน 3 ยา่ น คือ 10mA , 25mA และ 50mA ซงึ่ เราสามารถนาไปประยกุ ตท์ าใหส้ ามารถวัดกระแสไฟฟา้ ได้มากกว่า 3 ย่าน วัดก็ได้และเราสามารถคานวณหาค่าความต้านทาน RSH1 , RSH2 , RSH3 ที่ใช้ต่อขนานกับมิเตอร์มูฟเมนท์ ของแต่ละ ย่านการวัดได้ดังสมการที่ 2.1 – 2.3 RSH1 = Im  Rm สมการท่ี 2.1 I1 - Im สมการที่ 2.2 สมการที่ 2.3 RSH2 = Im  Rm I2 - Im RSH3 = Im  Rm I3 - Im เมื่อ Rm = ความต้านทานภายในมิเตอรม์ ูฟเมนท์ () Im = กระแสเตม็ สเกลของมิเตอรม์ ูฟเมนท์ (A) RSH1 , RSH2 , RSH3 = ความตา้ นทานทต่ี ่อขนานกับมิเตอรม์ ิเตอรม์ ฟู เมนทแ์ ตล่ ะยา่ นวัด () I1 , I2 , I3 = กระแสเต็มสเกลใหมข่ องมเิ ตอร์ทต่ี ้องการขยายแตล่ ะยา่ นวดั (A) ตัวอยา่ งที่ 2.1 จากรูปวงจรท่ี 2.3 เป็นวงจรแอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบอินดิวิดวล กาหนดให้แอมมิเตอร์มีค่ากระแสสูงสุด สเกล 1mA และความต้านทานภายใน 400 ต้องการสร้างให้วัดกระแสไฟฟ้าได้สูงถึง 3 ย่านการวัด คือ 10mA , 25mA และ 50mA จงคานวณหาค่าความต้านทาน RSH1 , RSH2 , RSH3 ท่ีใช้ต่อขนานกับมิเตอร์มูฟเมนท์ ของแต่ละ ย่านการวัด วธิ ีทา หาค่า RSH1 ทยี่ ่านการวดั 10mA จากสมการ ท่ี 2.1 RSH1 = Im  Rm I1 - Im RSH1 = 1mA  400  = 0.4 = 44.44  10 mA - 1 mA 9 mA

หาค่า RSH1 ท่ียา่ นการวัด 25mA จากสมการ ท่ี 2.2 RSH2 = Im  Rm I2 - Im RSH2 = 1mA  400  = 0.4 = 16.66  25 mA - 1 mA 24 mA หาค่า RSH1 ทีย่ ่านการวดั 50mA จากสมการ ท่ี 2.3 RSH3 = Im  Rm I3 - Im RSH3 = 1mA  400  = 0.4 = 8.16  50 mA - 1 mA 49 mA การสร้างสเกลท่ีใช้สาหรบั ในการอ่านค่ากระแสไฟฟ้าเมื่อได้ทาการขยายย่านวดั แล้ว ให้ใช้การเทียบส่วนของ ยา่ นวัดกระแสเดมิ กบั ยา่ นวดั กระแสใหม่ ไดเ้ ลย เชน่ สเกลเดมิ มยี า่ นวัด 0 – 1mA และสเกลใหม่ มียา่ นวัด 0- 10 mA ก็ให้เทียบส่วนท่ี 1 mA ให้เป็น 10mA หรือที่ 0.5mA ให้เป็น 5 mA เป็นต้น ดังรูปท่ี 2.4 และยังสามารถนาไป ประยุกตใ์ ห้มียา่ นวดั มากกว่า 3 ย่านวัดก็ได้ รปู ท่ี 2.4 การสรา้ งสเกลแอมมิเตอร์ ข้อดี : ของการต่อวงจรแอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบอินดิวิดวล คือความต้านทานที่ใช้ต่อขนานกับมิเตอร์ มูฟเมนทย์ ่านวดั ใดเสียกจ็ ะเสยี เฉพาะยา่ นวัดนั้น ส่วนยา่ นวดั อื่นกย็ งั คงใช้งานไดต้ ามปกติ ข้อเสีย : ของการต่อวงจรแอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบอินดิวิดวล คือในขณะท่ีเราทาการวัดกระแสไฟฟ้า อยู่ แล้วเราจะทาการเปล่ียนย่านวัดหนึ่งไปอีกย่านการวัดหน่ึงจะทาให้ความต้านทานท่ีต่อขนานกับมิเอตร์มูฟเมนท์ หลุดออกจากวงจรเป็นผลทาให้กระแสไฟฟ้าทั้งหมดไหลเข้าสู่มิเตอร์มูฟเมนท์ อาจทาให้มิเตอร์มูฟเมนท์ชารุดเสียหาย

ได้ แต่เราสามารถแก้ไขได้โดยการปลดสายวัดออกจากวงจรท่ีกาลังวัดกระไฟฟ้าอยู่ก่อน แล้วจึงค่อยทาการเปล่ียน ย่านวดั เมื่อเปล่ียนเสร็จแลว้ จงึ ต่อสายวัดของแอมมเิ ตอรเ์ ข้าไปวดั กระแสไฟฟา้ ไดต้ ามปกติ 2. แบบแบบยูนเิ วอร์แซล (UNIVERSAL TYPE) การขยายย่านวัดของแอมมิเตอร์อีกแบบหนึ่ง คือการต่อวงจรแอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบยูนิเวอร์แซล (UNIVERSAL TYPE) ซึ่งการต่อวงจรแบบน้ีจะช่วยแก้ปัญหาข้อเสียของการต่อวงจรแอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบ อินดิวิดวลได้ ซ่ึงลกั ษณะการตอ่ วงจรจะใชต้ วั ตา้ นทานของแต่ละย่านการวดั มาต่ออนุกรมกนั ก่อนแล้วจงึ นามาต่อขนาน กับแอมมิเตอร์มูฟเมนท์อีกที่หนึ่งโดยที่ย่านวัดกระแสที่ใช้งานแต่ละย่านจะถูกต่ออกมาจากรอยต่อของตัวต้านทานแต่ ละตัว โดยย่านกระแสเต็มสเกลต่าสุดจะมีตัวต้านทานต่อจานวนมาก และย่านกระแสเต็มสเกลสูงขึ้นจะมีตัวต้านทาน ต่อน้อยลงมา จนถึงย่านกระแสเต็มสเกลสูงสุด จะมีตัวต้านทานในวงจรเพียงตัวเดียว ดังรูปวงจรท่ี 2.5 เป็น วงจร แอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบยูนิเวอร์แซลท่ีมี 3 ย่านวัดด้วยกันคือ 10mA , 25mA และ50mA ซึ่งเราสามารถนาไป ประยกุ ต์ทาใหส้ ามารถวดั กระแส ไฟฟา้ ไดม้ ากกว่า 3 ยา่ นวดั ก็ได้ สว่ นสเกลทใี่ ช้ในการอา่ นค่ากระแสไฟฟ้าเมื่อทาการ ขยายย่านวดั ของแต่ละย่านวดั แลว้ กย็ งั คงใช้หลกั การเหมอื นกับแอมมเิ ตอร์หลายย่านวัดแบบอินดวิ ดิ วล รปู ที่ 2.5 แอมมิเตอร์หลายย่านวดั แบบยนู เิ วอรแ์ ซล เราสามารถคานวณหาคา่ ความต้านทานในแต่ละย่านวัดคอื RSH1 , RSH2 , RSH3 ของวงจรแอมมิเตอร์หลาย ยา่ นวัดแบบยูนิเวอร์แซล ตามรูปที่ 2.5 ได้ตามสมการท่ี 2.4 – 2.6 ดงั น้ี RSH1 = Rsum  Im สมการท่ี 2.4 I1 สมการท่ี 2.5 สมการที่ 2.6 RSH2 = Rsum  Im I2 RSH3 = Rsum  Im I3

แต่ ค่า Rsum หาได้จากสมการที่ 2.7 – 2.8 Rsum = Rm + Rs ของยา่ นวัดกระแสต่าสุด (I1) สมการที่ 2.7 RS ของยา่ นวัดกระแสตา่ สุด = Im  Rm สมการที่ 2.8 I1 - Im เมอื่ Rm = ความตา้ นทานภายในมิเตอร์มูฟเมนท์ () Im = กระแสเตม็ สเกลของมิเตอร์มูฟเมนท์ (A) RSH1 , RSH2 , RSH3 = ความต้านทานทีต่ ่อขนานกบั มเิ ตอรม์ ิเตอร์มฟู เมนท์แต่ละย่านวดั () I1 , I2 , I3 = กระแสเตม็ สเกลใหมข่ องมิเตอร์ท่ีตอ้ งการขยายแต่ละย่านวดั (A) Rsum = Rm + Rs ของย่านการวัดต่าสุด () เมื่อคานวณหาค่าความต้านทานของแต่ละย่านวัด (RSH1 , RSH2 , RSH3 ) ได้แล้ว ค่าความต้านทานเหล่าน้ียัง ไมส่ ามารถนามาต่อวงจรตามรปู ท่ี 2.5 ได้ เพราะวา่ คา่ ความต้านทานของแต่ละยา่ นการวัดจะต้องนามาต่ออนุกรมกัน ก่อน แล้วจึงนาไปต่อขนานกับมิเตอร์มูฟเมนท์ จะต้องนาค่าความต้านทานของแต่ละย่านวัดมาหักล้างกันก่อนดังนี้ การหาค่าความต้านทาน R1 , R2 และ R3 ท่ีใช้ต่ออนุกรมกันแล้วจึงนาไปต่อขนานกับมิเตอร์มูฟเมนท์ แบบขดลวด เคลอ่ื นที่ หาได้ตามสมการท่ี 2.7 – 2.9 ดังนี้ R1 = RSH1 – RSH2 สมการท่ี 2.9 R2 = RSH2 – RSH3 สมการท่ี 2.10 R3 = RSH3 สมการที่ 2.11 เมือ่ RSH1 , RSH2 , RSH3 = ความต้านทานของแตล่ ะย่านวดั () R1 , R2 , R3 = ความตา้ นทานท่ตี ่ออนุกรมกนั ก่อนแลว้ จึงนาไปต่อขนานกับมิเตอรม์ เิ ตอร์ มฟู เมนทแ์ ตล่ ะย่านวดั ()

ตวั อยา่ งท่ี 2.2 จากรูปวงจรที่ 2.5 เป็นวงจรแอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบยูนิเวอร์แซล กาหนดให้แอมมิเตอร์มีค่ากระแส สูงสุดสเกล 1mA และความต้านทานภายใน 400 ต้องการสร้างให้วัดกระแสไฟฟ้าได้สูงถึง 3 ย่านการวัด คือ 10mA , 25mA และ 50mA จงคานวณหาค่าความต้านทาน RSH1 , RSH2 , RSH3 ท่ีใช้ต่อขนานกับมิเตอร์มูฟเมนท์ ของแตล่ ะย่านการวัด วิธีทา หาค่า Rsum จากสมการท่ี 2.7 และ 2.8 Rsum = Rm + Rs ของยา่ นวดั กระแสต่าสุด (I1) RS ของย่านวดั กระแสต่าสุด = Im  Rm I1 - Im RS ของยา่ นวดั กระแสต่าสุด = 1mA  400 = 0.4 = 44.44  10mA - 1mA 9mA Rsum = 400  + 44.44  = 444  หาค่า RSH1 ท่ยี ่านวัด 1mA Rsum  Im จากสมการ ที่ 2.4 I1 RSH1 = RSH1 = 444   1mA = 0.444 = 44.44  10mA 10mA หาคา่ RSH2 ทย่ี า่ นวดั 25mA Rsum  Im จากสมการ ที่ 2.5 I2 RSH2 = RSH2 = 444   1mA = 0.444 = 17.76  25mA 25mA

หาค่า RSH3 ทย่ี า่ นวดั 50mA Rsum  Im จากสมการ ที่ 2.6 I3 RSH3 = RSH3 = 444   1mA = 0.444 = 8.88  50mA 50mA หาคา่ R1 ท่ยี า่ นวัด 10mA = RSH1 – RSH2 จากสมการ ที่ 2.9 R1 R1 = 44.44  – 17.76  = 26.68  หาค่า R2 ท่ยี า่ นวัด 25mA = RSH2 – RSH3 จากสมการ ที่ 2.10 R2 R2 = 17.76  – 8.88  = 8.88  หาค่า R3 ที่ย่านวดั 50mA = RSH3 จากสมการ ท่ี 2.11 R3 R3 = 8.88  การสร้างสเกลที่ใช้สาหรบั ในการอา่ นค่ากระแสไฟฟ้า เมอ่ื ได้ทาการขยายย่านวัดแอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบ ยูนิเวอร์แซลแล้ว สามารถใช้หลักการสร้างสเกล เหมือนกันกับการขยายย่านการวัดแอมมิเตอร์แบบอินดิวิดวล ดงั รูปที่ 2.5 และยังสามารถนาไปประยุกต์ใหม้ ยี ่านวัดมากกวา่ 3 ยา่ นวัดก็ได้ ข้อดี : วงจรแอมมิเตอร์หลายย่านวดั แบบยนู ิเวอร์แซลมีขอ้ ดี ตรงที่ขณะทีเ่ ราทาการวัดกระแสไฟฟ้าในวงจร อยู่ และเม่ือเราต้องการจะเปล่ียนย่านการวัดหนึ่งไปยังอีกย่านการวัดหนึ่ง สามารถเปล่ียนย่านวัดได้เลย โดยไม่ จาเป็นต้องปลดสายวัดของแอมมเิ ตอร์ออก ข้อเสีย : วงจรแอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบยูนิเวอร์แซลมีข้อเสีย คือเม่ือย่านวัดใดย่านวัดหนึ่งเสีย จะทา ย่านวัดอื่นๆ เสียและใช้งานไม่ได้ท้ังหมดตามไปด้วย เพราะว่าความต้านทานของแต่ละย่านวัดมีความสัมพันธ์ เก่ยี วข้องกนั **********************************

แบบฝึกหดั หนว่ ยท่ี 2 คาชี้แจง แบบฝกึ หัดมจี านวน 8 ขอ้ จงแสดงวิธีทามาให้ถูกต้องทุกข้อ 1. กาหนดให้แอมมิเตอร์มีคา่ Im = 50A และ Rm = 800 ตอ้ งการสร้างเป็นแอมมเิ ตอร์หลายยา่ นวัดแบบ อินดิวิดวลท่ีสามารถวัดกระแสได้ 5 ย่านวัดคือ 100A , 500A, 1mA , 25mA และ 50mA จงคานวณหาค่าความ ตา้ นทานที่ใช้ตอ่ ขนานกับแอมมิเตอร์ พรอ้ มท้งั เขยี นวงจรมาให้ถกู ตอ้ ง 2. จากโจทย์ข้อท่ี1 จงสร้างสเกลท่ีใช้ในการอ่านค่ากระแสไฟฟ้าของแอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบอินดิวิดวล ทง้ั 5 ย่านวัด 3. จากวงจรรูปท่ี 2.3 ถ้าตัวต้านทานที่ต่อขนานกับมิเตอร์ (SHUNT RESISTANCE) ท่ีใช้ในการขยายย่านวัด แอมมเิ ตอร์หลายยา่ นวดั แบบอินดิวิดวล ถา้ RSH1 , RSH2 , เสยี RSH3 จะเสียด้วยหรอื ไม่อย่างไร อธิบายมาใหเ้ ข้าใจ 4. การขยายยา่ นวดั แอมมเิ ตอร์หลายยา่ นแบบอนิ ดิวิดวล ในขณะทเ่ี ปล่ยี นยา่ นการวดั หนึ่งไปใช้อีกยา่ นการวัด หนึ่งจะเกิดอะไรขึ้น เพราะเหตใุ ด และสามารถป้องกนั ไดห้ รอื ไม่ 5. กาหนดให้แอมมิเตอร์มีค่า Im = 100A และ Rm = 500 ต้องการสร้างเป็นแอมมิเตอร์หลายย่านวัด แบบยูนิเวอร์แซลที่สามารถวัดกระแสได้ 5 ย่านวัดคือ 500A , 1mA , 10mA , 50mA และ 100mA จงคานวณ หาคา่ ความต้านทานที่ใช้ต่อขนานกบั แอมมิเตอร์ พร้อมทั้งเขียนวงจรมาให้ถกู ตอ้ ง 6. จากโจทยข์ อ้ ที่ 5 จงสร้างสเกลท่ใี ชใ้ นการอ่านค่ากระแสไฟฟา้ ของแอมมเิ ตอรห์ ลายย่าวดั แบบยูนิเวอร์แซล ทงั้ 5 ยา่ นวัด 7. จากวงจรรูปท่ี 2.5 ถ้าตัวต้านทานที่ต่อขนานกับมิเตอร์ (SHUNT RESISTANCE) ท่ีใช้ในการขยายย่านวดั แอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบยูนิเวอร์แซล ถ้าตัวต้านทาน R1 เสีย จะทาให้ย่านการวัดอื่นๆ ใช้งานได้หรือไม่เพราะ เหตใุ ด อธิบายมาใหเ้ ขา้ ใจ 8. เพราะเหตุใดการขยายย่านวัดแอมมิเตอร์หลายย่านแบบยูนิเวอร์แซล ในขณะท่ีทาการเปลี่ยนย่านการวัด หน่ึงไปอกี ย่านการวัดหนึ่ง เข็มของมิเตอร์จงึ ไมต่ ีเลยสเกล อธบิ ายมาให้เข้าใจ **********************************