เอกสารประกอบการสอน-ใช้จริง

(25) เอกสารประกอบการสอน วชิ า เครอื่ งมอื วัดไฟฟ้าและอิเลก็ ทรอนิกส์ สาเหตุของความผิดพลาดของเครื่องมือวัด สาเหตุทที่ าให้เคร่อื งมอื วดั มือวัดทางานผดิ พลาดเกิดขนึ้ ได้หลายสาเหตแุ ต่ทพ่ี บไดบ้ ่อยคร้ังมีดังน้ี 1. สนามแม่เหล็ก เช่น การนาเคร่ืองมือวัดไปใช้งานในพื้นท่ีท่ีมีสนามแม่เหล็กแรงสูงหรือใกล้สายไฟฟ้าแรงสูง หรือบริเวณที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านมากก็จะทาให้เกิดการเหนี่ยวนากับขดลวดเคล่ือนท่ีจนทางานผิดพลาดได้ 2. การใช้งานเครอื่ งมือวัดในบริเวณทีม่ อี ุณหภมู ิไม่เหมาะสม เช่น การนาเคร่ืองมือวัดที่ผลิตสาหรับใช้งานในอุณหภูมหิ ้องไปใช้งานในบรเิ วณทอี่ ณุ หภูมิต่ามาก ๆ จะทาจะทาให้การวดั ขาดความแม่นยาได้ 3. ความร้อนภายในเคร่ืองมือวัด ในขณะทาการวัดจะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ภายในเครื่องมือวัดและจะเกิดความร้อนสะสมในอุปกรณ์เหล่าน้ันมากข้ึน จนกระท่ังทาใหค้ า่ วัดได้ผดิ ไปจากความจรงิ ดังนน้ั ในการวดั จะตอ้ งรอใหอ้ ณุ หภูมิคงทห่ี รือไม่มีการเปลยี่ นแปลง 4. เขม็ วัดเคล่อื นทไ่ี ปจากตาแหนง่ ศูนย์ ในกรณีที่ไม่ได้ใช้งานเครื่องมือวัด เข็มวัดชี้ต้องชี้ที่ตาแหน่งศูนย์ทุกครั้ง แต่ในกรณีที่ใช้งานมาก ๆ สปริงควบคุมการทางานของเข็มชี้อาจเกิดการล้าและทาให้เข็มชี้ไม่ตรงตาแหน่งศูนย์ได้ ดังนน้ั การใช้งานทุกครงั้ จงึ สังเกตและปรับเข็มชใี้ หต้ รงกับตาแหน่งศูนย์เสมอ 5. การเคลื่อนที่ของเข็มช้ีจะเกิดการเสียดสีหรือความฝืดขึ้นระหว่างแกนของขดลวดกับท่ีรองรับแกนได้ ซงึ่ จะมีผลทาใหค้ ่าทีว่ ดั ไดน้ ้ันคลาดเคล่ือนจากความเปน็ จรงิ 6. เมอ่ื เคร่อื งมือวดั ถกู ใชง้ านไปนาน ๆ จะเกิดความเส่ือมสภาพของอุปกรณ์ภายในเคร่ืองมือวัดนั้นซึง่ จะทาให้เกิดความผดิ พลาดในการวดั ได้ 7. จากลักษณะการใช้งานของเคร่ืองมือวัด เช่น การวางเคร่ืองมือวัดผิดจากลักษณะท่ีระบุไว้ในคู่มอื เชน่ วางตง้ั ฉาก วางตะแคง วางเอยี ง 45 องศา หรือการวางราบ เปน็ ตน้ 8. จากตัวผู้วัดเอง การใช้งานเคร่ืองมือวัดจะต้องมีความระมัดระวังและมีความชานาญมิฉะน้ันจะทาใหเ้ กดิ ความผิดพลาดได้ เชน่ การอา่ นค่าผดิ พลาด การต้ังยา่ นวัดผิดพลาด เป็นต้น 9. จากการเปลี่ยนแปลงความถีแ่ ละแรงดันไฟฟา้ ขณะทาการวดันิยามท่เี ก่ียวขอ้ งกบั เครอื่ งมือวดั ในงานท่ีเก่ียวข้องกับเครื่องมือวัดหรือการวัดนั้น จะมีคาหลายคาที่พบได้บ่อย ๆ และถือเป็นคามาตรฐานทีเ่ ขา้ ใจตรงกันทว่ั โลก ประกอบดว้ ย 1. ย่านวัด (Range) หรือ พิสัยการวัด หมายถึง ความสามารถหรือข้อจากัดท่ีเคร่ืองมือวัดสามารถตรวจวดั หรอื บนั ทึกค่าได้ แบง่ ออกเปน็ 1.1 ค่าตา่ สุดของย่านวัด (Lower Range Value: LVR) คือค่าต่าที่สุดท่ีเคร่ืองมือวัดน้ันจะสามารถอา่ นคา่ หรอื แสดงผลการวดั ได้ 1.2 ค่าสูงสุดของย่านวัด (Upper Range Value: UVR) คือค่าสูงสุดที่เคร่ืองมือวัดนั้นจะสามารถอา่ นคา่ หรือแสดงผลการวดั ได้

เอกสารประกอบการสอน วิชา เครอ่ื งมอื วัดไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (26) 2. ความแมน่ ยา (Accuracy) หรือความถูกต้อง คือ ความใกล้เคียงกันระหว่างค่าที่เคร่ืองวัดได้กับค่าจริงของตัวแปรที่ถูกวัด โดยปกติแล้วความแม่นยาจะแสดงในรูปแบบร้อยละของค่าเต็มสเกล (FullScale Deflection :FSD) สามารถหาไดจ้ ากความแมน่ ยา = (คา่ จริง – ค่าทว่ี ดั ได้ ) × 100 % (2.1)ตวั อยา่ งที่ 5. เคร่ืองมือวัดไฟฟ้าต้ังย่านวัดสูงสุดที่ 10 โวลต์ นาไฟวัดแบตเตอร์รี่ที่มีแรงดันไฟฟ้า 9 โวลต์วดั คา่ ได้ 9.10 โวลต์ การวัดนีม้ คี วามแม่นยาร้อยละเทา่ ใด ความแมน่ ยา = 1 - [ (9 – 9.10) / 10 ] × 100% = 99 % ดงั นน้ั การวัดครง้ั นี้มีความแมน่ ยาร้อยละ 99ตวั อยา่ งที่ 6. เครื่องวัดไฟฟ้าระบุความแม่นยาร้อยละ 99 นาไปอ่านค่าแรงดันไฟฟ้า 15 โวลต์ เครื่องมือวัดนจี้ ะแสดงคา่ การวัดเท่ากับเทา่ ไร ค่าท่ีวัดได้ × [100% - รอ้ ยละของความแมน่ ยา ] 15 × [100 – 99] % = 0.15 โวลต์ หรอื เท่ากับ 15  0.15 โวลต์ ดงั นนั้ คา่ จรงิ จะอยูร่ ะหว่าง 15 – 0.15 = 14.85 โวลต์ และ 15 + 0.15 = 15.15 โวลต์ 3. ความเท่ยี งตรง (Precision) คือ ความสามารถของเคร่ืองมือวัดท่ีทาให้การวัดค่าแต่ละครั้งมีความแตกต่างของค่าที่วัดได้น้อยมาก เมื่อใช้เคร่ืองมือวัดน้ันไปวัดปริมาณของตัวแปรเดิม หรือ หมายถึงความสามารถในการแสดง ค่าเดิม ของการวัดปริมาณของตัวแปรเดิมหลาย ๆ คร้ัง ซึ่งสามารถกล่าวได้ว่าเครอ่ื งมอื วดั ทีม่ ีความเทยี่ งตรงสงู จะหมายถึงเครอ่ื งมือวัดทเี่ มื่อนาไปวัดปริมาณของตัวแปรใด ๆ ซ้ากันหลายๆ คร้งั แลว้ เคร่ืองมือวัดน้นั แสดงคา่ ได้ใกล้เคียงคา่ เดมิ ทุกคร้งัร้อยละของความเทย่ี งตรง = ̅ × 100% (2.2) โดยที่ ̅ ∑ ̅เมื่อ ̅ คอื ค่าเฉล่ยี ของการวัด คือ คา่ ของการวดั แตล่ ะครง้ั ∑ คือ ผลรวมของการวัดทุกครั้ง n คือ จานวนครง้ั ของการวัด

(27) เอกสารประกอบการสอน วิชา เคร่ืองมอื วดั ไฟฟ้าและอิเลก็ ทรอนิกส์ตวั อย่างที่ 7. เครื่องมือวัดไฟฟ้าวัดค่าแรงดันไฟฟ้า 9 โวลต์จานวน 10 ครั้ง จงหาว่าการวัดครั้งที่ 5 มีความเทยี่ งตรงรอ้ ยละเท่าใดครั้งที่ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10ค่าวัด 9.10 9.11 9.10 8.88 8.92 9.05 8.98 9.00 8.97 9.05ผลรวมของการวัด = = 9.016ความเท่ียงตรง = 1 – [ ] × 100 % = 98.93 %ดังน้นั ในการวดั คร้ังท่ี 5 มคี วามเที่ยงตรงรอ้ ยละ 98.93ภาพที่ 9 – 11 แสดงการทดสอบความแมน่ ยาของการวัดคา่ แรงดันไฟฟ้า 6 โวลต์จานวน 3 ครง้ั0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10ภาพที่ 9 โวลตม์ ิเตอร์น้มี ีความแม่นยาและความเทีย่ งตรงในการวัด0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10ภาพที่ 10 โวลต์มเิ ตอร์นม้ี คี วามแม่นยาแต่ไม่มีความเท่ียงตรงในการวัด0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10ภาพที่ 11 โวลต์มเิ ตอร์น้ีไม่มคี วามแม่นยาและไม่มีความเทีย่ งตรงในการวดั

เอกสารประกอบการสอน วิชา เครอื่ งมอื วัดไฟฟ้าและอิเลก็ ทรอนกิ ส์ (28) หากเปรียบเทียบความแม่นยาและความเที่ยงตรงกับการปาลูกดอกบนแผ่นเป้าจะพบความแตกต่างดัง0 โดยภาพ ก มีความแม่นยาสูงแต่มีความเท่ียงตรงต่า ภาพ ข มีการกระจายของความแม่นยาดีแต่มีความเที่ยงตรงต่า ภาพ ค มีความแม่นยาต่าและมีความเที่ยงตรงต่า ภาพ ง มีความแม่นยาสูงและมีความเทย่ี งตรงสงู ภาพที่ 12 เปรยี บเทียบความแมน่ ยาและความเทย่ี งตรงกบั การปาลูกดอกบนแผ่นเป้า 4. ความไว (Sensitivity) คือ ความสามารถในการตอบสนองต่อปริมาณไฟฟ้าที่ทาการวัดของเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า มีหน่วยเป็น โอห์ม/โวลต์ โดยเคร่ืองมือวัดทางไฟฟ้าที่ใช้กระแสไฟฟ้าจานวนเพียงเล็กน้อยก็ทาให้เข็มชี้บ่ายเบนเต็มสเกล (Full Scale Current) จะเรียกว่า มีความไวสูง ส่วนเครื่องมือวัดท่ีใช้กระแสไฟฟ้าจานวนมากจึงจะทาให้เข็มชี้บ่ายเบนเต็มสเกล จะเรียกว่ามีความไวต่า ตัวอย่างเช่นแอมป์มิเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรงทใ่ี ช้กระแสไฟฟ้าขนาด 10 ไมโครแอมแปร์ที่ทาให้เข็มช้ีบ่ายเบนเต็มสเกลจะมีความไวสูงกว่าแอมป์มิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงท่ีใช้กระแสไฟฟ้าขนาด 100 ไมโครแอมแปร์ท่ีทาให้เข็มชี้บ่ายเบนเต็มสเกล เปน็ ตน้ ความไวในการตอบสนองของเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าจะเป็นส่วนกลับของกระแสไฟฟ้า ตามสมการ เมอื่ I คือ กระแสไฟฟ้าท่ีทาใหเ้ ขม็ ชีบ้ ่ายเบนเต็มสเกลตวั อย่างที่ 8. จงหาความไวของแอมป์มิเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรงที่ใช้กระแสไฟฟ้าขนาด 100 ไมโครแอมแปร์ทที่ าให้เข็มชีบ้ า่ ยเบนเตม็ สเกลจากสมการ แทนค่า = 10,000 โอห์ม/โวลต์ ตอบ แอมป์มเิ ตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงนม้ี คี วามไว 10,000 โอหม์ /โวลต์ 5. ความละเอียด (Resolution) หรือ ความสามารถในการแยกแยะ คือ ความสามารถของเคร่ืองมือวัดจะตอบสนองต่อปริมาณกระแสไฟฟ้าที่น้อยท่ีสุดได้หรือสามารถวัดค่ากระแสไฟฟ้าท่ีเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุด (Smallest Change) ตัวอย่างเช่น โวลต์มิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงระบุว่ามีค่าความละเอียดในการวัดเท่ากับ 10 มิลลิโวลต์ ท่ีย่านวัด 2 โวลต์ หมายความว่าหากต้ังย่ายวัดท่ี 2 โวลต์

(29) เอกสารประกอบการสอน วชิ า เครอื่ งมอื วดั ไฟฟา้ และอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์โวลต์มิเตอร์นี้จะสามารถตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าที่มีการเปล่ียนแปลงต่าสุดเท่ากับ 10 มิลลิโวลต์ คือสามารถวดั ค่าแรงดันไฟฟ้าท่เี ปลี่ยนแปลงทีน่ ้อยที่สดุ ได้เทา่ กบั 10 มิลลโิ วลต์ นัน่ เอง 2.0010 V. 200 V 20 V 2V ภาพท่ี 13 ดิจทิ ลั โวลต์มิเตอร์ที่ย่านวดั 2 โวลตแ์ สดงความละเอยี ดในการวดั 10 มลิ ลิโวลต์การคานวณค่าความผดิ พลาดจากการวัด ความผดิ พลาดของการวดั แบง่ ออกเป็น 2 ชนดิ คือ ค่าความผิดพลาดสัมบูรณ์ (Absolute Error : e) คือ ค่าปริมาณความความผิดพลาดของค่าที่วดั ซง่ึ แสดงในรปู ของหนว่ ยวดั นั้นหรอื กล่าวไดว้ ่าคอื ค่าความแตกต่างระหว่างคา่ จรงิ กับค่าวดั ได้ การคานวณค่าความผิดพลาดสัมบรู ณ์ คือ e = Xt - Xm เมอื่ e คือ คา่ ความผดิ พลาดสัมบูรณ์ Xt คอื ค่าจรงิ Xm คอื คา่ ทว่ี ดั ได้ตวั อย่างท่ี 9. ตัวต้านทานมีค่า 1,000  50 โอห์ม หมายถึง ตัวต้านทานน้ีมีค่าความผิดพลาด 50 โอห์มซง่ึ เป็นคา่ ผิดพลาดสมบรู ณ์ ดงั นนั้ จงึ หมายความว่าตัวต้านทานน้ีจะมีคา่ จรงิ อย่รู ะหว่าง 1,000 + 50 = 1,050 โอหม์ และ 1,000 – 50 = 950 โอหม์ตัวอยา่ งที่ 10. ตัวต้านทานระบุค่า 10,000 โอห์ม เม่ือใช้โอห์มมิเตอร์วัดได้ค่าความต้านทาน 9,980 โอห์มจงหาว่า ตัวตา้ นทานนี้มคี า่ ความผดิ พลาดสมั บรู ณ์เท่าไหร่ จาก e = Xt - Xm แทนคา่ = 10,000 – 9,980 ดงั นั้น ตวั ต้านทานนมี้ คี า่ ความผิดพลาดสัมบูรณ์ 20 โอห์ม ค่าความผิดพลาดสัมพันธ์ (Relative Error) หรือ ค่าร้อยละของความผิดพลาด (Percent Error: % Error) คือ คา่ ความผดิ พลาดท่แี สดงในรูปของคา่ ร้อยละ

เอกสารประกอบการสอน วิชา เครื่องมือวัดไฟฟา้ และอเิ ล็กทรอนกิ ส์ (30)ตวั อย่างที่ 11. ตัวต้านทานแสดงค่า 1,000 โอห์ม มีค่าความผิดพลาด 5% หมายความว่าต้านทานน้ีจะมีคา่ จรงิ อยู่ระหว่าง 1,000 + 50 โอหม์ และ 1,000 - 50 โอหม์ คอื 1,050 – 950 โอห์ม การคานวณคา่ ความผิดพลาดสมั พนั ธ์ คอื % Error = เมอื่ Xt คอื ค่าจรงิ Xm คือ คา่ ท่วี ัดได้ตัวอยา่ งที่ 12. ตัวต้านทานระบุค่า 10,000 โอห์ม เม่ือใช้โอห์มมิเตอร์วัดได้ค่าความต้านทาน 9,980 โอห์มจงหาวา่ ตัวตา้ นทานน้ีมีคา่ ความผดิ พลาดสัมพันธ์เท่าไหร่ จาก % Error = แทนค่า = ดังนนั้ ตัวตา้ นทานน้ีมคี า่ ความผิดพลาดสมั พนั ธ์ 0.20 %ระดับช้ันของเครอ่ื งมอื วัด (Class of Instruments) หรือ คลาส หมายถึง ตัวเลขท่ีแสดงค่าความผิดพลาดสัมพันธ์ซ่ึงเป็นเปอร์เซ็นต์ค่าความผิดพลาดของค่าเตม็ สเกลหรือยา่ นวดั ของเครื่องมอื วดั ไฟฟ้าน้ัน ๆ ซึง่ ทุกคา่ สเกลการวัดจะมีค่าความผิดพลาดสัมบูรณ์ของย่านวัดน้ันเสมอ เน่ืองจากเครื่องมือวัดท่ีถูกสร้างขึ้นและปรับเทียบมาตรฐานเสร็จสมบูรณ์แล้วจะมีค่าความผิดพลาดของงานวัดที่จากัดแน่นอนอยู่ค่าหน่ึงเสมอ โดยค่าความผิดพลาดของเครื่องมือน้ัน ๆ จะเป็นค่าที่ใช้แบ่งแยกเครื่องมือวัดออกเป็นระดับชั้นหรือคลาส ( Class) ซึ่งเป็นรายละเอียดหรือข้อมูล(Specification) ของเครอ่ื งมือวดั ซ่งึ จะบอกไวเ้ ป็นตัวเลข เชน่ CLASS 1.5 หรอื CLASS 2 เปน็ ตน้ มาตรฐาน IEC (International Electrotechnical Commission) แบ่งระดับชั้นของเคร่ืองมือวัดออกเปน็ 1. ระดับชั้น 0.05, 0.1 และ 0.2 เป็นระดบั ชั้นทีม่ ีคา่ ความผิดพลาดต่าที่สุดหรือกล่าวได้ว่ามีความถกู ตอ้ งในการวัดมากท่สี ุด เหมาะสาหรับใช้ในงานท่ีตอ้ งการความละเอียดและความถูกต้องในการวัดที่สูงมาซึ่งเครื่องมือวัดในระดับช้ันน้ีจะมีราคาแพงมากที่สุด นิยมใช้ในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ระดับสูง หรือห้องปฏบิ ัติการสาหรับการเทยี บมาตรฐาน เป็นต้น

(31) เอกสารประกอบการสอน วิชา เครื่องมือวดั ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ภาพที่ 14 เคร่อื งมือวัดระดับชนั้ 0.05 เครือ่ งไมโครโอห์มมิเตอร์ ทม่ี า : Micro-Ohmmeters, 2013, Online 2. ระดบั ช้ัน 0.5 เป็นระดบั ชั้นที่มีค่าความผิดพลาดรองลงมาจากระดับช้ัน 0.2 ถือได้ว่ามีค่าความถกู ตอ้ งในการวัดสงู เหมาะสาหรบั ใช้ในงานวัดไฟฟ้าทัว่ ไป เชน่ เคร่อื งมัลติมเิ ตอร์ (ก) (ข) ภาพที่ 15 เครอื่ งมอื วัดระดับชน้ั 0.5 (ก) แอนะล็อกมัลติมิเตอร์ (ข) ดิจทิ ลั มลั ตมิ เิ ตอร์ ทม่ี า : Ketai Instrument, 2013, Online 3. ระดับชั้น 1.0 มีความผิดพลาดในการวัดรองลงมาจากระดับช้ัน 0.5 ถือได้ว่ามีระดับความถูกต้องในการวัดปานกลาง เหมาะสาหรับใช้ในงานวัดไฟฟ้าทั่วไป เช่น หน้าปัทม์แสดงค่าแรงดันไฟฟ้าบนเคร่อื งจา่ ยไฟฟ้า เป็นตน้

เอกสารประกอบการสอน วิชา เคร่อื งมือวดั ไฟฟา้ และอเิ ล็กทรอนิกส์ (32) ภาพท่ี 16 เครือ่ งจา่ ยแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับทใ่ี ช้หน้าปัทม์แสดงค่าแรงดันไฟฟา้ ระดับช้นั 1.0 ทมี่ า : เคร่อื งจา่ ยไฟกระแสสลบั ปรับคา่ ได้, 2556, ออนไลน์ 4. ระดับชั้น 1.5, 2.0, 2.5 และ 5.0 เป็นระดับชั้นท่ีมีความผิดพลาดในการวัดสูงสุดหรือมีความถูกต้องในการวัดน้อยท่สี ุด เหมาะสาหรับใชแ้ สดงค่าการวดั ทีไ่ ม่ต้องการความละเอียดและความถูกต้องสูง มีราคาถูกท่ีสุดเม่ือเทียบกับทุกระดับชั้น เช่น หน้าปัทม์แสดงค่าแรงดันไฟฟ้าท่ีติดต้ังบนตู้ควบคุมไฟฟ้า เป็นตน้ภาพที่ 17 โวลตม์ เิ ตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงระดบั ชน้ั 2.0 ทม่ี า : Secret Arduino Voltmeter, 2013, Onlineจากท่ีกล่าวมาจะเห็นได้ว่าเครื่องวัดไฟฟ้าท่ีมีระดับชั้นสูง ๆ (ตัวเลขมาก) จะมีค่าความผิดพลาดในการวัดมากกว่าเครื่องวัดไฟฟ้าที่มีระดับช้ันต่ากว่า (ตัวเลขน้อย) โดยระดับช้ันของเครื่องมือวัดจะบอกถึงเปอร์เซน็ ต์ความผดิ พลาดของแตล่ ะยา่ นวัดด้วย และเมอ่ื นาค่าระดับชั้นของเครื่องมือวัดคูณกับย่านวัดแต่ละยา่ นจะได้ค่าผิดพลาดของยา่ นวดั นนั้ ๆ ซ่ึงประกอบด้วยค่าความผิดพลาดสัมบรู ณข์ องยา่ นวัดในแตล่ ะระดบั ชนั้ คอื ค่าความผิดพลาดในการวัดของย่านวัดท่ีได้จากระดบั ช้นั คูณดว้ ยยา่ นวดั ซ่งึ เป็นคา่ ความผิดพลาดของค่าเต็มสเกลคา่ ความผิดพลาดสมบูรณ์ของแตล่ ะย่านวัดหาได้จากe(range) = (2.3)

(33) เอกสารประกอบการสอน วิชา เคร่อื งมือวดั ไฟฟ้าและอิเลก็ ทรอนกิ ส์ค่าความผิดพลาดสัมพันธ์ (Relative Error) หรือ เปอร์เซ็นต์ค่าความผิดพลาด (Percent Error)คือค่าความผิดพลาดสัมบูรณ์ขอย่านวัดนั้นเปรียบเทียบกับค่าวัดจริงโดยคิดเป็นค่าร้อยละเท่าไรซึ่งจะข้ึนอยู่กบั วา่ ตอ้ งการจะเปรียบเทยี บกับคา่ ใด% Error (เทียบกับค่าจริง) = () (2.4)% Error (เทยี บกับค่าท่วี ดั ได้) = ( ) (2.5)เมื่อ e(range) คือ ค่าความผดิ พลาดสัมบรู ณ์ของย่านวดั Xt คอื ค่าจรงิ Xm คือ ค่าท่วี ัดได้ตวั อยา่ งท่ี 13. โวลต์มิเตอร์เคร่ืองหนึ่งมีระดับช้ัน 1.5 และมีหลายย่านวัด ประกอบด้วย ย่านวัด 10 โวลต์50 โวลต์ และ 250 โวลต์ เมื่อนาโวลต์มิเตอร์นี้วัดแรงดันไฟฟ้าขนาด 10 V โดยใช้ย่านวัดทุกย่านวัด จงหาหาค่าผดิ พลาดท่ีเกิดขึน้ ในแต่ละยา่ นวัดวธิ ที า ก) ทย่ี ่านวดั 10 โวลต์ ค่าความผิดพลาดสมั บูรณ์ของย่านวัด = = โวลต์ = ± 0.15 โวลต์% Error (เทยี บกับค่าท่ีวดั ได)้ = () = = 1.50 % ดังนั้นค่าท่ีโวลต์มิเตอร์เคร่ืองนี้จะแสดงจะอยู่ระหว่าง 10 โวลต์ ± 0.15 โวลต์ หรือ 10 + 0.15โวลต์ ถงึ 10 – 0.15 โวลต์ หรือ 10.15 – 9.85 โวลต์ และมีคา่ ความผดิ พลาด 1.50 เปอรเ์ ซ็นต์ ข) ทีย่ า่ นวัด 50 โวลต์ค่าความผิดพลาดสัมบรู ณ์ของย่านวัด = = โวลต์ = ± 0.75 โวลต์% Error (เทยี บกบั ค่าท่วี ัดได้) =( ) = = 7.50 %

เอกสารประกอบการสอน วิชา เคร่อื งมอื วัดไฟฟา้ และอเิ ล็กทรอนิกส์ (34) ดังน้ันค่าที่โวลต์มิเตอร์เคร่ืองนี้จะแสดงจะอยู่ระหว่าง 10 โวลต์ ± 0.75 โวลต์ หรือ 10 + 0.75โวลต์ ถึง 10 – 0.75 โวลต์ หรอื 10.75 – 9.25 โวลต์ และมีคา่ ความผดิ พลาด 7.50 เปอร์เซน็ ต์ ค) ท่ยี า่ นวดั 250 โวลต์ค่าความผิดพลาดสมบรู ณ์ของยา่ นวัด = = โวลต์ = ± 3.75 โวลต์% Error (เทียบกับคา่ ทวี่ ัดได)้ =( ) = = 37.50 % ดังนั้นค่าที่โวลต์มิเตอร์เครื่องนี้จะแสดงจะอยู่ระหว่าง 10 โวลต์ ± 3.75 โวลต์ หรือ 10 + 3.75โวลต์ ถึง 10 – 3.75 โวลต์ หรอื 13.75 – 6.25 โวลต์ และมีค่าความผิดพลาด 37.50 เปอรเ์ ซน็ ต์ จากตัวอย่างท่ีผ่านมาจะสังเกตได้ว่าเคร่ืองวัดไฟฟ้าเครื่องเดียวกัน แต่ถ้าเลือกใช้ย่านการวัดไม่เหมาะสมก็จะทาให้ค่าที่วัดได้นั้นผิดไปจากค่าจริงมากขึ้น โดยพบว่า ที่ย่านวัด 10 โวลต์ มีเปอร์เซ็นต์ค่าความผดิ พลาดเพยี ง 1.50 เปอรเ์ ซน็ ต์ แต่ทีย่ า่ นวัด 250 โวลต์ จะมีเปอร์เซ็นต์ค่าความผิดพลาดเพิ่มขึ้นเป็น37.50 เปอรเ์ ซน็ ต์ ดังนั้นในการใช้เคร่ืองมือวัดควรเลือกย่านวัดที่เข็มช้ีแสดงค่าอยู่ในพื้นที่ท่ีมากกว่า 2 ใน 3 ของระดับเตม็ สเกลจึงจะทาใหค้ า่ การวัดถูกต้องที่สุด เช่น ต้องการวัดแรงดันไฟฟ้า 8.5 โวลต์ ควรต้ังย่านการวัดที่ 10 โวลต์ เพราะค่า 8.5 โวลต์น้ันอยใู่ นพื้นที่ท่ีมากกวา่ 2 ใน 3 ของระดบั เต็มสเกล ดังภาพที่ 18 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 50 V 20 V 10 Vภาพท่ี 18 คา่ การวดั อยู่ในพื้นทท่ี ่ีมากกว่า 2 ใน 3 ของระดับเต็มสเกล

(35) เอกสารประกอบการสอน วชิ า เคร่อื งมอื วดั ไฟฟ้าและอิเลก็ ทรอนกิ ส์ตวั อยา่ งท่ี 14. แอมมเิ ตอรร์ ะดบั ชน้ั 1 ตงั้ ยา่ นวัด 10 แอมแปร์ วัดกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทาน 2 ตัววดั คา่ กระแสไฟฟ้าได้ดังนี้ ก) 10 แอมแปร์ ข) 8 แอมแปร์ จงคานวณหาค่าของกระแสไฟฟ้าที่มิเตอร์อ่านค่าได้จริงและค่าความผิดพลาดสมั พนั ธ์จากการวดัวิธีทา หาค่าความผดิ พลาดสมั บูรณ์ของย่านวดั = แอมแปร์ = ± 0.1 แอมแปร์ ก) วัดกระแสไฟฟา้ ได้ 10 แอมแปร์ ดงั นั้นคา่ จรงิ จะอย่รู ะหว่าง 10 ± 0.1 แอมแปร์ หรือ 10.10 – 9.90 แอมแปร์% Error (เทียบกับคา่ ทว่ี ัดได)้ =( ) = และ = 0.99 % และ 1.01 %ข) วัดกระแสไฟฟ้าได้ 8 แอมแปร์ ดังน้ันค่าจริงจะอยรู่ ะหว่าง 8 ± 0.1 แอมแปร์ หรอื 8.10 – 7.90 แอมแปร์% Error (เทียบกบั ค่าที่วดั ได)้ =( ) = และ = 1.10 % และ 1.27 %สรุปสาระสาคญั ความผิดพลาดเป็นส่ิงที่เกิดข้ึนในกระบวนการวัดทุกครั้ง สาเหตุของความผิดพลาดในการวัดสามารถสรปุ ไดด้ ังนี้ 1. ความผิดพลาดจากผู้วัด (Human error) โดยอาจเกิดจากความสะเพร่าหรือการใช้เครื่องมือวัดท่ีไมเ่ หมาะสม เปน็ ตน้ สามารถแก้ไขไดด้ ้วยการอา่ นคา่ ซ้ามากกวา่ 1 ครัง้ หรอื ให้ผอู้ นื่ อ่านคา่ ซา้ 2. ความผิดพลาดของระบบ (Systematic error) เกิดจากการทางานผิดพลาดของเคร่ืองมือวัดหรอื กระบวนการวดั แบ่งออกเป็น 2.1. ความผิดพลาดของเครื่องวัดไฟฟ้า (Instrumentation error) สาเหตุมักเกิดจากความเส่ือมสภาพของเคร่ืองมือวัด สามารถลดความผิดพลาดได้โดยการบารุงรักษาหรือการเทียบมาตรฐานเคร่ืองมือวัดประจาปี

เอกสารประกอบการสอน วชิ า เคร่ืองมือวดั ไฟฟา้ และอิเลก็ ทรอนกิ ส์ (36) 2.2. ความผิดพลาดเน่ืองจากสภาพแวดล้อมขณะที่ทาการวัด (Environmental error) มีความไม่เหมาะสมกับเคร่อื งมือวดั เชน่ นาเครอ่ื งมอื วัดที่ผลติ สาหรับอุณหภูมิห้องไปใช้ในท่ีมีอุณหภูมสูงหรือต่ากว่าอุณหภูมิห้องมาก ๆ เป็นต้น สามารถลดความผิดพลาดได้โดยการควบคุมสภาพแวดล้อมให้อยู่ในสภาพปกติทุกคร้ังกอ่ นที่ทาการวัดหรือเลอื กใชเ้ ครื่องมือวัดที่เหมาะสมกบั สภาพแวดลอ้ ม 3. ความผิดพลาดแบบสมุ่ (Random error) เกดิ จากการวัดค่าเดียวกันซ้ากันหลายคร้ัง แต่ได้ผลการวัดแตกต่างกัน และเกิดขึ้นทุกคร้ังโดยเฉพาะที่ตาแหน่งทศนิยมตาแหน่งท้ายๆ ความผิดพลาดน้ีจะมีความสาคัญมากโดยเฉพาะกรณีที่ต้องการความถูกต้องในการวัดสูงมาก เช่น การเทียบมาตรฐาน เป็นต้นการลดความผิดพลาดสามารถใช้วิธีการทางสถิติชว่ ยได้ เช่น การหาค่าเฉลีย่ ของการวดั

แบบฝกึ หัดท้ายบท1. จงอธิบายความหมายของคาต่อไปน้ี1.1. ความผดิ พลาดจากผู้วดั1.2. ความผดิ พลาดของระบบ1.3. ความผดิ พลาดแบบสุม่1.4. ความเทย่ี งตรง1.5. ความแมน่ ยา1.6. ความถกู ตอ้ ง1.7. ความละเอยี ดของการวัด1.8. ย่านวัด2. จงให้ความหมายวา่ การวัด คอื อะไร3. ระดับช้นั ของเครื่องมือวดั คืออะไร แบ่งออกเปน็ กป่ี ระเภท แต่ละประเภทมคี วามแตกตา่ งกนั อย่างไร4. จงคานวณหาค่าความเทย่ี งตรงของการวัดแรงดันไฟฟา้ คร้งั ที่ 4 โดยมผี ลการวดั ดังน้ีครัง้ ท่ี 1 2 3 4 5 6ผลการวัด 30.15 V 31.00 V 29.65 V 30.95 V 29.90 V 30.00 V5. แอมปม์ ิเตอรเ์ ครอ่ื งหนึง่ มคี า่ ความถกู ต้อง 2 % ของคา่ เต็มสเกล เม่ือตั้งย่านวัด 200 A วัดกระแสไฟฟ้าได้ 185 A จงคานวณ 5.1. ค่าความผดิ พลาดสัมพันธ์ 5.2. เปอรเ์ ซ็นต์คา่ ความผดิ พลาดจากการวดั6. ตัวต้านทานแสดงค่า 12kΩ ± 5%, 200kΩ ± 1%, 3.3MΩ ± 1% จงคานวณหาค่าจริงและค่าความผดิ พลาดของตวั ตา้ นทานนี้7. ตัวต้านทานระบุค่า 150,000 โอห์ม เมื่อใช้โอห์มมิเตอร์วัดได้ค่าความต้านทาน 147,000 โอห์ม จงหาวา่ ตวั ต้านทานนีม้ คี า่ ความผิดพลาดสัมพันธเ์ ทา่ ไหร่8. โวลต์มิเตอร์ตั้งย่านที่วัด 250 V มีค่าเปอร์เซ็นต์ค่าความผิดพลาดของย่านวัด ± 1 % ของค่าเต็มสเกลเมอื่ นาไปวัดแรงดนั ไฟฟา้ ได้ 125 V จงคานวณหาเปอรเ์ ซน็ ต์คา่ ความผดิ พลาดจากการวดั9. โวลต์มิเตอร์ A และ B มีระดับช้ัน 0.1 และ 0.5 เม่ือนาทั้ง 2 เคร่ืองไปวัดแรงดันไฟฟ้า 165 V โดยโวลตม์ ิเตอร์ A ตั้งย่านวัดท่ี 250 V และ โวลตม์ ิเตอร์ B ต้ังย่านวัดที่ 300 V จงคานวณค่าความผิดพลาดจากการวัดด้วยโวลต์มิเตอร์ทั้ง 2 เคร่ือง และจงอธิบายผลเปรียบเทียบเมื่อเครื่องวัดมีคลาสต่างกันผลการวัดเครือ่ งไหนให้ความถกู ต้องกว่า และเพราะอะไร10. จงอธบิ ายความหมายของ ระดับชั้นของเคร่อื งมอื วดั มาพอสังเขป11. จงอธบิ ายความสมั พนั ธ์ของ ระดับช้นั ของเคร่ืองมือวดั และ ความผดิ พลาดจากการวดั ทเ่ี กิดข้ึน

เอกสารอ้างองิเคร่ืองจ่ายไฟกระแสสลับปรับค่าได้ . (2556). ค้นเม่ือวันที่ 16 มกราคม 2556. จาก http://www.measuretronix.com/products/bk-precision-1655a-เคร่ืองจ่ายไฟกระแสสลับ ปรบั คา่ ได้เอก ไชยสวัสด์ิ. (2539). การวัดและเคร่ืองวัดไฟฟ้า. กรุงเทพฯ : สมาคมส่งเสริมเทคโนโลยี (ไทย - ญป่ี นุ่ ).ประยูร เชี่ยววัฒนา. (2535). เคร่ืองวัดและการวัดทางไฟฟ้า. กรุงเทพฯ : สมาคมส่งเสริม เทคโนโลยี (ไทย - ญีป่ ุน่ ).พัน ธ์ ศั ก ดิ์ พุ ฒิ ม า นิ ต พ ง ศ์ . ( 2537) . เ ค ร่ื อ ง มื อ วั ด ไ ฟ ฟ้ า แ ล ะ อิ เ ล็ ก ท ร อ นิ ก ส์ . ก รุ ง เ ท พ ฯ : ซเี อด็ ยูเคชั่น .ม า ต ร วิ ท ย า . ( 2550) . ค้ น เ มื่ อ วั น ท่ี 16 ม ก ร า ค ม 2556. จ า ก http://www.cal- laboratory.com/page_bx.php?cid=21&cno=38วรี ะพันธ์ ติยัพเสน และ นภัทร วัจนเทพินทร์. (2546). ทฤษฎีเคร่ืองมือและการวัดทางไฟฟ้า. กรุงเทพฯ : สกายบุ๊กส.์ศักรนิ ทร์ โสนันทะ. (2545). เครอื่ งมอื วัดและการวดั ทางไฟฟ้า. กรุงเทพฯ : ซีเอด็ ยเู คชั่น.สมนกึ บญุ พาไสว. (2550). การวัดและเคร่อื งมอื วัด. กรุงเทพฯ : สานกั พมิ พท์ อ้ ป.Bakshi U.A. (2011). Electronic Instrumentation & Measurements. 2nd ed. Technical PublicationsHarbor Freight Tools. (2013) Function Digital Multimeter With Audible Continuity. Retrieved 10 January 2013. From http://www.harborfreight.com/ac-dc-digital- multimeter-37772.htmlK. Lal Kishore. (2009). Electronic Measurements and Instrumentation. Pearson Education India.Ketai Instrument. (2013) Analog Multimeter. Retrieved 10 January 2013. From http://www.ecvv.com/product/1856825.htmlKinds of Generator Gauge Meters. (2013). Retrieved 10 January 2013. From http://sanfengtai.en.made-in-china.com/product/bqwQRlKDrBrS/China-All-Kinds-of- Generator-Gauge-Meters.htmlSecret Arduino Voltmeter. (2013). Retrieved 10 January 2013. From http://www.arduino passion. com/secret-arduino-voltmeter/

แผนบรหิ ารการสอนประจาบทที่ 3 เครื่องมือวดั ไฟฟ้ากระแสตรงหวั ข้อเน้อื หา 1. หลักการพืน้ ฐานของเครือ่ งมือวดั ไฟฟ้ากระแสตรง 2. หลกั การทางานของเครื่องวดั ชนดิ ขดลวดเคลื่อนทแ่ี บบดาร์สันวัล 3. สเกลของเครอื่ งวัดไฟฟ้ากระแสตรง 4. ความไวในการวดั 5. ข้อดีและข้อเสยี ของชุดขดลวดเคลอื่ นที่แบบดารส์ นั วาล์ 6. สรุปสาระสาคัญวตั ถปุ ระสงคเ์ ชงิ พฤตกิ รรม เมอ่ื ผู้เรียนศึกษาบทเรียนนแ้ี ล้วสามารถ 1. อธิบายหลักการพ้นื ฐานของเคร่ืองมือวดั ไฟฟ้ากระแสตรงได้ 2. อธิบายหลกั การทางานของเครอื่ งวดั ชนดิ ขดลวดเคลือ่ นท่ีแบบดาร์สนั วัลได้ 3. อธบิ ายถึงแนวคิดและวิธีการสรา้ งสเกลของเครื่องวัดไฟฟ้ากระแสตรงได้ 4. อธิบายและคานวณคา่ ความไวในการวดั ได้ 5. อธบิ ายและแสดงความแตกต่างของข้อดีและขอ้ เสียของชุดขดลวดเคล่ือนที่แบบดาร์สันวาล์ได้วธิ สี อนและกจิ กรรมการเรียนการสอน 1. วธิ สี อน 1.1 วิธีสอนแบบบรรยาย เริ่มจากการอธิบายถึงหลักการพื้นฐานของเคร่ืองมือวัดไฟฟ้ากระแสตรง หลกั การทางานของเคร่ืองวัดชนิดขดลวดเคล่ือนท่ีแบบดาร์สันวัล แนวคิดและวิธีการสร้างสเกลของเครื่องวดั ไฟฟ้ากระแสตรง การคานวณคา่ ความไวในการวดั แสดงความแตกตา่ งของข้อดีและข้อเสียของชุดขดลวดเคลื่อนที่แบบดาร์สันวาล์ ระหว่างการบรรยายมีการต้ังคาถาม ตอบคาถามระหว่างผู้สอนและผเู้ รยี น สุดท้ายอภิปรายและสรปุ ประเดน็ สาคญั ทีเ่ กี่ยวกบั เครอ่ื งมอื วัดไฟฟ้ากระแสตรง 2. กิจกรรมการเรยี นการสอน 2.1 แสดงตวั อย่าง เครอื่ งมอื วัดไฟฟา้ กระแสตรงชนิดต่าง ๆ ในงานด้านวิทยาศาสตร์และการใช้งานเคร่ืองมือวดั ไฟฟ้ากระแสตรงในชวี ติ ประจาวนั 2.2 อภิปราย เรอื่ ง การใช้งานเครอื่ งมอื วดั ไฟฟา้ กระแสตรงในชวี ิตประจาวนั 2.3 ทาแบบฝกึ หัดทา้ ยบทท่ี 3

เอกสารประกอบการสอน วิชา เครือ่ งมือวัดไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ (40)ส่อื การเรยี นการสอน 1. เครือ่ งคอมพวิ เตอร์ 2. เพาเวอร์พอยต์ พรีเซนเตชนั เร่อื ง ความผดิ พลาดจากการวัด 3. ตัวอย่างการเกิดความผิดพลาดจากการวัดในชีวิตประจาวัน ผลกระทบและกฎหมายท่ีเกีย่ วข้อง 4. โปรเจคเตอร์การวัดผลและการประเมินผล 1. สงั เกตการตอบคาถามและตัง้ คาถาม 2. สังเกตจากการอภปิ ราย ซักถาม และการแสดงความคิดเห็น 3. วัดเจตคติจากการสงั เกตพฤติกรรมความกระตือรือรน้ ในการทากจิ กรรมและคณุ ภาพของงาน

บทท่ี 3 เคร่อื งมือวดั ไฟฟ้ากระแสตรง ในงานท่เี กย่ี วข้องกับไฟฟ้าและอเิ ล็กทรอนกิ สท์ กุ ลกั ษณะทั้งด้านการสร้าง การทดลองการซ่อมและงานบริการต่าง ๆ น้ัน จะต้องมีเครื่องวัดไว้เพ่ือการตรวจสอบค่าแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ความต้านทานกาลังไฟฟ้าและความถ่ีไฟฟ้า เป็นต้น ดังนั้นในการวัดค่าปริมาณทางไฟฟ้าต่าง ๆน้ัน ต้องใช้เคร่ืองมือวัดปริมาณกระแสไฟฟ้า ซ่ึงหลักการทางานของเครื่องมือวัดน้ีคือ การนาปริมาณกระแสไฟฟ้าท่ีต้องการวัดให้ไหลผา่ นขดลวดเคลอ่ื นที่ (Moving Coil) และอ่านคา่ ท่ีวัดไดจ้ ากสเกล เคร่ืองมือวัดไฟฟ้ากระแสตรงส่วนมากใช้หลักการพ้ืนฐานของความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้า ซ่ึงค้นพบโดย ฮานส์ คริสเตียน เออร์เสตด (Hans Christain Oersted) นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมนั ในปี พ.ศ. 2362 พบว่าเม่อื ปล่อยกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวดตัวนาจะมีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเกดิ ขน้ึ รอบเส้นลวดตัวนาน้นั ซ่งึ สามารถทดสอบการเกิดข้ึนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้โดยการใช้เข็มทิศมาวางใกล้ๆ กับตัวนาไฟฟ้า (ภาพท่ี 19) และในปี พ.ศ.2424 แจ๊คส์ ดาร์สันวัล (Jacques d’ Arsonval) นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสได้นาหลักการนี้มาประดิษฐ์เป็นกัลวานอมิเตอร์แบบขดลวดเคลื่อนที่ (Moving CoilGalvanometer) และถกู พัฒนาต่อมาจนเปน็ พ้นื ฐานของเคร่อื งมือวดั ไฟฟ้าในปัจจุบัน ดังน้ันจึงนิยมเรียกว่าส่วนเคลื่อนท่ีมิเตอร์แบบดาร์สันวัล (d’ Arsonval Meter Movement) และเน่ืองจากส่วนท่ีเคลื่อนท่ีน้ีวางและหมุนอยู่ระหว่างสนามแม่เหล็กถาวร ดังนั้นจึงนิยมเรียกอีกช่ือว่า ขดลวดเคลื่อนท่ีแม่เหล็กถาวร(Permanent Magnet Moving Coil : PMMC) (ก) (ข) กระแสไฟฟ้าภาพท่ี 19 การทดลองของ เออร์เสตด (ก) เข็มทิศไม่มีการบ่ายเบนเมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เส้นลวดตวั นา (ข) เขม็ ทศิ มกี ารบ่ายเบนเมอ่ื ปล่อยกระแสไฟฟา้ ไหลผา่ นเส้นลวดตวั นาหลกั การพื้นฐานของเครือ่ งมอื วดั ไฟฟ้ากระแสตรง หลังการค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าและการเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้ารอบเส้นลวดตัวนาของ ฮานส์ คริสเตียน เออร์เสตด (Hans Christain Oersted) มาจนกระท่ังในปี พ.ศ. 2424

เอกสารประกอบการสอน วชิ า เครื่องมือวัดไฟฟา้ และอิเลก็ ทรอนกิ ส์ (42)แจ๊คคิวส์ ดี ดาร์สันวัล (Jacques d’Arsonval) นักฟิสิกส์ชาวฝร่ังเศสได้นาความสัมพันธ์น้ีมาพัฒนาเป็นกัลวานอมิเตอร์ชนิดขดลวดเคลื่อนท่ีข้ึนจนประสบความสาเร็จและยังใช้เป็นหลักการทาง านของเคร่ืองวัดแบบอนาลอกที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน โดยขดลวดเคล่ือนท่ีแบบดาร์สันวัล (d’ Arsonval Moving Coil) จะมีเข็มชี้ (Pointer or Indicator) ติดอยู่และจะเคลื่อนท่ีไปพร้อมกันเพ่ือช้ีค่าท่ีวัดได้จากสเกลบนหน้าปัดและจะมีคา่ มากหรือนอ้ ยกจ็ ะขนึ้ อยู่กับปรมิ าณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดเคลื่อนที่นนั้ หลกั การทางานของเคร่ืองวัดชนดิ ขดลวดเคล่อื นท่แี บบดาร์สนั วัล ขดลวดเคลื่อนที่แบบดาร์สันวัลมีโครงสร้างพ้ืนฐานประกอบด้วย ขดลวดทองแดงน้าหนักซ่ึงพันไว้บนแกนเหลก็ ออ่ นวางอยูร่ ะหว่างสนามแม่เหล็กถาวรและมเี ข็มชี้ติดไว้กับขดลวด โดยเม่ือมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดก็จะเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นรอบแกนขดลวดน้ัน แล้วเกิดการผลักกันกับแรงของสนามแม่เหล็กถาวรจึงทาให้แกนขดลวดเกิดการเคล่ือนท่ีไปจากตาแหน่งเดิมโดยมีเข็มช้ีซ่ึงติดแน่นกับแกนขดลวดน้ีเคล่ือนที่ไปด้วยและช้ีค่าท่ีวัดได้บนสเกลเป็นปริมาณกระไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดน้ัน โครงสร้างพื้นฐานของขดลวดเคล่อื นท่แี บบดารส์ ันวัลแสดงดงั ภาพท่ี 20 สเกล เขม็ ชี้ 50 แมเ่ หลก็ ถาวร 10 ข้วั แมเ่ หลก็ อ่อนNSขดลวดเคล่อื นท่ี สปริงกน้ หอยภาพท่ี 20 โครงสร้างพืน้ ฐานของขดลวดเคลอ่ื นที่แบบดาร์สนั วลัสว่ นประกอบของเครือ่ งวดั ชนดิ ขดลวดเคลอ่ื นที่แบบดารส์ นั วัล ส่วนประกอบของเคร่อื งวดั ชนิดขดลวดเคลื่อนทแี่ บบดารส์ ันวัล ประกอบด้วย 1. สเกลบอกปริมาณกระแสไฟฟ้า 2. แมเ่ หลก็ ถาวรรปู เกือกมา้ (Horseshoe Permanent Magnet) ซ่ึงมีสว่ นปลายเป็นขวั้ เหนอื และขัว้ ใต้ 3. เขม็ ช้ี (Pointer) 4. ขดลวด (Coil) เปน็ ลวดทองแดงน้าหนกั เบา

(43) เอกสารประกอบการสอน วชิ า เคร่อื งมอื วัดไฟฟา้ และอิเลก็ ทรอนกิ ส์ 5. สปริงก้นหอย (Spiral Spring) หรือสปริงควบคุม (Control Spring) จะมีท้ังด้านบนและด้านล่างของขดลวด สปริงก้นหอยนี้จะมีความต้านทานต่าทาด้วยฟอสเฟอร์ บรอนซ์ (Phosphor Bronz)และจะจา่ ยประแสไฟฟา้ ผา่ นสปรงิ ก้นหอยไปให้ขดลวด 6. ปมุ่ ปรบั ศูนย์ (Zero Position Control) 7. แกนของขดลวดเคล่ือนท่ี (Moving Coil)1 32 6 4 7 5 ภาพที่ 21 สว่ นประกอบต่าง ๆ ของเคร่ืองวดั ชนิดขดลวดเคลอ่ื นท่ี ท่ีมา : Galvanomètre, 2013, Online โครงสรา้ งของเครือ่ งวัดชนดิ ขดลวดเคลือ่ นทีแ่ บบดารส์ ันวัล โครงสร้างของเครื่องวัดชนิดขดลวดเคลื่อนท่ีแบบดาร์สันวัลมิเตอร์ หรือท่ีเรียกอีกชื่อว่า เคร่ืองวัดชนดิ PMMC จะประกอบด้วยโครงสร้างสาคญั 2 ส่วนใหญ่ คอื 1. โครงสร้างของส่วนไม่เคลื่อนท่ี ประกอบด้วย แท่งแม่เหล็กถาวรรูปเกือกม้าเพื่อให้มีความหนาแนน่ ของสนามแม่เหล็กสม่าเสมอตลอดทั้งแกน โดยที่ปลายของแท่งแม่เหล็กน้ีจะเป็นสารแม่เหล็กอ่อนข้ัวเหนือและใต้ และมีแกนเหล็กอ่อนทรงกระบอกพันด้วยขดลวดทองแดงซึ่งต้องมีน้าหนักเบาวางอยู่ตรงกลางระหว่างปลายแม่เหล็กท้ังสองทาหน้าท่ีเป็นชุดขดลวดเคลื่อนที่ ซึ่งจะยึดติดกับแกนเพลาและติดเข็มช้ีปริมาณไฟฟ้าซ่ึงจะเคล่ือนท่ีไปมาระหว่างแกนแม่เหล็กอ่อนทั้งสอง (ภาพที่ 22) ซ่ึงมีต้องมีช่องว่างของอากาศ (Air gaps) แคบท่สี ดุ เทา่ ทีจ่ ะทาได้เพ่ือให้ฟลักซแ์ มเ่ หล็กที่เกิดขึ้นมีความเข้มขน้ มากทส่ี ุด

เอกสารประกอบการสอน วชิ า เคร่อื งมอื วดั ไฟฟา้ และอเิ ล็กทรอนกิ ส์ (44) แมเ่ หลก็ ถาวร ข้วั แมเ่ หล็กออ่ น N Sชดุ ขดลวดเคลื่อนที่ ชอ่ งวา่ งอากาศภาพท่ี 22 โครงสรา้ งของสว่ นไม่เคลอื่ นทข่ี องเคร่ืองวดั ไฟฟ้าแบบ PMMCแกนเหล็กอ่อนทรงกระบอก ขดลวดเคลอ่ื นที่ แมเ่ หล็กถาวร ช่องว่างอากาศ ภาพที่ 23 ตาแหนง่ ของขดลวดเคลื่อนท่ีซึง่ อยูร่ ะหว่างแกนเหล็กอ่อนทรงกระบอก 2. โครงสรา้ งของส่วนเคลอ่ื นท่ี ประกอบดว้ ย ชุดของขดลวดเคลื่อนที่ (Moving coil) ซึ่งมีขดลวดทองแดงขนาดเล็กพันอยู่บนแกนเหล็กอ่อนท่ียึดติดอยู่กับแกนเพลาและใช้แบริ่งรองรับที่จุดหมุน เพื่อให้มีความคล่องตัวในการหมุนของชุดขดลวดเคลื่อนที่และยึดติดกับเข็มช้ี (Pointer) เพื่อเป็นตัวแสดงปริมาณทางไฟฟ้าที่ต้องการวัด โดยใช้สปริงแบบก้นหอย (Spiral Spring) ยึดติดแน่นกับชุดขดลวดเคลื่อนท่ีเพื่อทาหน้าท่สี รา้ งแรงตา้ นการเคลือ่ นทีแ่ ละดึงเข็มชี้ค่าให้กลบั มาสู่ตาแหน่งศูนย์ ในขณะที่ไม่มีสนามแม่เหล็กไฟฟ้ารอบขดลวดหรือขณะท่ีไมไ่ ดท้ าการวัดกระแสไฟฟา้ เขม็ ช้ี แกนหมนุ ชุดขดลวด จดุ หมุน เคลอื่ นที่ภาพที่ 24 โครงสรา้ งสว่ นเคลอื่ นท่ขี องเครอ่ื งวัดไฟฟา้ แบบ PMMC

(45) เอกสารประกอบการสอน วิชา เคร่ืองมือวัดไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนิกส์ จดุ หมนุ ของชุดขดลวดเคล่ือนที่ จุดหมุนของชุดขดลวดเคล่ือนท่ีนอกจากจะต้องไม่มีแรงเสียดทานกับปลายแกนของขดลวดแล้วยังต้องความแข็งแรงเพ่อื รับนา้ หนักทง้ั หมดของชุดขดลวดเคลื่อนที่ด้วย ทน่ี ยิ มมี 2 แบบคือ 1) แบร่งิ รองรับแกนแบบตัววี (Jewel Bearing) โดยที่แบริง่ รูปตวั วี จะทาดว้ ยแซฟไฟร์หรือแก้ว(Sapphire or Glass) และจะมีสปริงรองรับแรงอยู่ด้วย แกนของชุดขดลวดเคล่ือนที่ต้องมีปลายแหลมมากเพ่ือจะให้มีจุดสัมผัสกับแบริ่งน้อยที่สุดเพ่ือให้เกิดแรงเสียดทานน้อยที่สุด โดยขดลวดเคล่ือนท่ีชนิดน้ีมีความสามารถรับคา่ กระแสไฟฟา้ เต็มสเกลได้ถึง 50 ไมโครแอมแปร์ ภาพที่ 25 แบรง่ิ รองรบั แกนแบบตวั วี 2) แบร่ิงแบบห้อยแขวนเทาท์แบนด์ (Taut Band Suspension) มีข้อดี คือ ไม่เกิดแรงเสียดทานระหว่างแกนและชุดแบร่ิง อีกท้ังทนทานต่อแรงสั่นสะเทือนได้ดีกว่าแบบแรก เน่ืองจากใช้แถบโลหะแบน (Flat Meter Ribbon) ซึ่งผลิตด้วยฟอสเฟอร์บรอนด์ (Phosphor Bronze) หรือ พลาตินัมอัลลอย(Platinum Alloy) จานวน 2 อัน ยึดส่วนบนและล่างของแกนขดลวดเคล่ือนที่แทนสปริง ซึ่งนอกจากจะช่วยบังคับการส่ันคลอนของชุดขดลวดเคล่ือนที่แล้วยังช่วยรองรับการสั่นสะเทือนแรง ๆ ท่ีอาจเกิดข้ึน เช่นการตก หล่น เป็นผลทาให้เกิดความเสียหายกับชุดขดลวดเคล่ือนที่ได้ โดยแถบโลหะนี้จะทาให้เกิดแรงบิดควบคุม (Controlling Force) เพ่ือต่อต้านแรงบิดบ่ายเบน (Deflection Force) เพ่ือควบคุมการเคล่ือนท่ีของเข็มช้ี เคร่ืองมือวัดไฟฟ้าท่ีใช้จุดรองรับแกนแบบห้อยแขวนเทาท์แบนด์จะมีแรงเสียดทานต่า (Friction)จงึ มคี วามไว (Sensitivity) ในการวดั สงู กวา่ แบบแกนแบบรูปตัว วี จงึ นยิ มใช้สร้างเคร่ืองมือวัดชนิดพกติดตัวและเคร่ืองมอื วดั ทต่ี ้องการความไวและความเท่ียงตรงสูง แต่เน่ืองจากมีโครงสร้างท่ีสลับซับซ้อน จึงมีต้นทุนการผลิตสูงและไม่สามารถรองรับชุดขดลวดเคล่ือนที่ท่ีมีน้าหนักมากได้ อีกทั้งเทคโนโลยีด้านอิเล็กทรอนิกส์พฒั นาสงู ขึน้ จึงไม่ไดร้ บั ความนยิ มในการผลติ ใชง้ าน

เอกสารประกอบการสอน วชิ า เครอ่ื งมอื วดั ไฟฟ้าและอิเลก็ ทรอนิกส์ (46) เข็มชี้ กา้ นยึดแขวน ชุด ขดลวด สปริง ภาพท่ี 26 แบร่งิ แบบหอ้ ยแขวนเทาท์แบนด์การบา่ ยเบนของชุดขดลวดเคล่อื นที่ การบ่ายเบนของชุดขดลวดเคล่ือนท่ี เกิดจากการนาหลักการของแม่เหล็กถาวรและการเกิดแม่เหล็กไฟฟ้ามาใช้งาน โดยอาศัยการผลักกันของสนามแม่เหล็กท้ังสองชุดจึงทาให้เกิดการบ่ายเบนไปของชุดขดลวดเคลอ่ื นท่ีและเขม็ มิเตอร์ จากโครงสรา้ งของชุดขดลวดเคล่ือนท่ีซึ่งประกอบด้วยขดลวดที่ถูกพันอยู่บนแกนซึ่งถูกวางบนเดือยเหลก็ แหลมและวางอย่รู ะหว่างแท่งแม่เหลก็ ถาวรรปู เกอื กมา้ ข้วั เหนือและใต้ (ภาพท่ี 27) จึงทาให้ชุดขดลวดเคลื่อนที่สามารถเคล่ือนที่รอบแกนได้อย่างอิสระ ดังนั้นหากจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดจะทาให้เกิดสนามแม่เหลก็ ไฟฟ้าขนึ้ รอบ ๆ ขดลวดน้ี โดยข้ัวของสนามแม่เหล็ไฟฟ้าจะมีขั้วเดียวกับขั้วของแม่เหล็กถาวรจึงทาให้เกิดแรงผลักกันระหว่าสนามแม่เหล็กท้ังสองส่งผลให้ชุดขดลวดเคล่ือนที่เกิดการเคล่ือนท่ีไปจากจุดเดิมได้ สเกลเขม็ มิเตอร์ แมเ่ หล็กถาวร ข้วั แม่เหลก็ ออ่ น N Sชดุ ขดลวดเคลื่อนท่ี แมเ่ หล็กถาวร เดือยเหลก็ แหลมภาพท่ี 27 โครงสร้างของชุดขดลวดเคล่อื นที่

(47) เอกสารประกอบการสอน วชิ า เคร่อื งมอื วดั ไฟฟ้าและอเิ ล็กทรอนกิ ส์ หลักการทางานของชุดขดลวดเคลื่อนท่ีคือ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปในขดลวด (ภาพที่ 28)โดยกาหนดให้จุดท่ีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าเป็นขั้วลบและจุดที่กระแสไฟฟ้าไหลออกเป็นขั้วบวก ก็จะทาให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นรอบขดลวดโดยมีขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นข้ัวเดียวกับแม่เหล็กถาวรซ่ึงวางอยู่ด้านขา้ ง เปน็ ผลใหเ้ ส้นแรงของสนามแม่เหลก็ ไฟฟ้าทเ่ี กดิ ข้นึ นม้ี ีทศิ ทางตรงขา้ มกับทิศทางของสนามแม่เหล็กถาวรซึ่งเคล่ือนทจ่ี ากขว้ั เหนอื ไปยังข้ัวใต้ จึงทาให้เกิดการบ่ายเบนไปของขดลวดตามกฎมือซ้ายของเฟรมมิ่งเกิดเป็นแรงผลักให้ขดลวดด้านท่ีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าถูกดันให้ยกตัวข้ึนและด้านที่กระแสไฟฟ้าไหลออกถูกผลักใหจ้ มตัวลงเกดิ เปน็ แรงบิด ผลกั ดนั ให้ชุดของขดลวดเคล่ือนที่หมุนทวนเข็มนาฬิกา และทาให้เข็มช้ีซ่ึงยึดตดิ กบั ชุดขดลวดเคลื่อนทบ่ี ่ายเบนไปจากตาแหน่ง ศนู ย์ (ภาพที่ 29) การบ่ายเบนไปของชุดขดลวดเคล่ือนทจี่ ะเกิดมากหรือน้อยข้ึนอยู่กับปริมาณของกระแสไฟฟ้าท่ีไหลผ่านขดลวด ซ่ึงทาให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าบนชุดขดลวดเคล่ือนที่ โดยถ้ามีปริมาณกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดเคล่ือนที่มากก็จะเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามากเป็นผลให้เกิดการบ่ายเบนไปมาก แต่ถ้ามีปริมาณกระแสไฟฟา้ ไหลผ่านขดลวดนอ้ ยก็จะทาใหเ้ กิดสนามแม่เหล็กไฟฟา้ นอ้ ยจงึ ทาใหช้ ดุ ขดลวดเคลื่อนท่ีบ่ายเบนไปน้อยเช่นกัน ส่วนสปริงก้นหอยซ่ึงยึดติดกับชุดขดลวดเคลื่อนท่ีจะถูกสร้างให้มีแรงต้านทานที่สมดุลกับแรงการเคลื่อนท่ีของชุดขดลวดเคล่ือนที่ เพ่ือควบคุมให้ให้เข็มแสดงค่าไม่เกิดการสวิงก่อนจะหยุดน่ิงเพื่อแสดงค่าปริมาณกระแสไฟฟา้ ท่ตี ้องการวัด - ขดลวด + N II S ภาพท่ี 28 ทศิ ทางการไหลของกระแสไฟฟา้ ในขดลวด 0 แรงยก เส้นแรง แม่เหล็กNSสนามแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ของขดลวด แรงกด ชุดขดลวดภาพที่ 29 แรงกระทาที่เกิดขึน้ ขณะเกดิ สนามแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ของขดลวดเคล่ือนท่ี

เอกสารประกอบการสอน วชิ า เคร่ืองมือวดั ไฟฟา้ และอิเลก็ ทรอนกิ ส์ (48)แรงทางกลของเครอ่ื งมือวัดเม่ือมีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าสู่ขดลวด จะทาให้เกิดการเคล่ือนที่ไปของชุดขดลวดเคลื่อนท่ีเป็นระยะทางตามปริมาณกระแสไฟฟา้ น้นั การเคลื่อนท่นี ้ีเกิดจากการกระทาดว้ ยแรงทางกล 3 ชนิดคือ1. แรงบิดบ่ายเบนหรือแรงบิดขับ (Deflection or Operating Force) เป็นแรงท่ีทาให้เข็มช้ีเคล่ือนที่ไปจากตาแหน่ง ศูนย์ ของสเกลเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ดังน้ันการนาเคร่ืองมือวัดไปวัดค่าปรมิ าณทางไฟฟา้ จงึ ทาให้มกี ระแสไฟฟ้าไหลผา่ นชุดขดลวดเคล่ือนที่และเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นผลักกันกับสนามแม่เหล็กจากแม่เหล็กถาวร ทาให้ชุดขดลวดเคล่ือนที่ซึ่งยึดอยู่กับแกนหมุนและวางอยู่บนจุดหมุนน้ันเคล่ือนท่ีไปโดยมีเข็มชี้แสดงค่าที่วัดได้บนสเกลซึ่งออกแบบอย่างถูกต้องตามค่าตัวแปรและปริมาณกระแสไฟฟ้าทีป่ ้อนให้แกข่ ดลวดเคล่ือนที่สมการของแรงบดิ บ่ายเบนที่เกิดบนแต่ละด้านของขดลวดเคลื่อนท่ีเม่ือมีกระแส i ไหลผ่านขณะวางอยู่ในสนามแมเ่ หล็กเขียนได้ดงั นี้เมอื่ กระแสไฟฟ้า (i) ไหลผ่านขดลวด 1 ขดซ่ึงวางอย่ใู นสนามแม่เหล็กถาวร จะเกิดแรง (F) ขึ้นที่แต่ละขา้ งของขดลวด (ภาพท่ี 30) ดังสมการF = B i l นวิ ตนั (3.1)เมื่อ B คือ ความหนาแน่นของสนามแม่เหล็ก มหี น่วยเปน็ เทสลา (Tesla)i คอื กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวด มหี นว่ ยเปน็ แอมแปร์l คอื ความยาวของขดลวด มหี น่วยเป็น เมตร จากสมการท่ี 1 การเกิดแรงท่ีแต่ละข้างของขดลวดนั้น สามารถคานวณผลรวมของแรงที่เกิดข้ึนจากขดลวดจานวน N ขดได้ดงั สมการF = 2 B i l N นวิ ตนั (3.2)เม่ือ N คอื จานวนรอบของขดลวดเคล่ือนที่ มีหนว่ ยเป็น รอบ แรงท่ีเกิดข้ึนแต่ละข้างจะขึ้นอยู่กับรัศมี (r) ของขดลวด ซ่ึงจะทาให้เกิดแรงบ่ายเบน (DeflecingForce) ไดจ้ ากสมการTD = 2 B l i N rนวิ ตัน เมตร (N.m) (3.3) = B l i N (2 r)TD = B l i N Dเม่อื D คอื เสน้ ผ่าศูนยก์ ลางของขดลวด r คือ รศั มขี องขดลวด

(49) เอกสารประกอบการสอน วิชา เครือ่ งมอื วดั ไฟฟา้ และอิเลก็ ทรอนิกส์ lF rF r r D r (1) (2)ภาพท่ี 30 แรงบิดทท่ี าให้เกดิ การบ่ายเบนบนขดลวดเคลื่อนท่ี (1) แรงทเ่ี กดิ ขน้ึ บนแต่ละข้างของขดลวด เคล่อื นที่ (2) บรเิ วณรอบขดลวดตัวอย่างท่ี 15. ขดลวดเคล่ือนท่ีชุดหน่ึงพันด้วยเส้นลวดทองแดง 200 รอบ มีความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กบนแกนอากาศ (B) 0.2 T ขดลวดมีเส้นผ่านศูนย์กลาง (D) 1 เซนติเมตร และความยาว (l)1.5 เซนติเมตร จงคานวณหาแรงบดิ เม่อื มกี ระแสไฟฟา้ ไหลผ่านขดลวด 0.1 มลิ ลแิ อมแปร์จากสมการ TD = B l I N Dแทนค่า = (0.2 T) × (1.5 × 10-2) × (1 × 10-3) × (200) × (0.1 × 10-3) = 0.06 × 10-6 N.m2. แรงบิดควบคุม (Controlling Force) เป็นแรงที่เกิดจากสปริงก้นหอยซ่ึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเป็นวงก้นหอยของสปริงเองและมีทิศทางของแรงตรงข้ามกับแรงบิดเบ่่ียงเบนของขดลวดเคลื่อนท่ีเพ่ือทาให้เข็มชี้หยุดน่ิงอย่างรวดเร็วเม่ือแรงบ่ายเบนเท่ากับแรงควบคุม (ภาพที่ 31) โดยสปริงก้นหอยน้ีจะผลิตข้ึนจากวัสดุ ฟอสฟอร์-บรอนซ์ (Phosphor bronze) ซ่ึงจะไม่มีความเป็นแม่เหล็กเพื่อป้องกันไม่ให้สนามแมเ่ หลก็ มอี ทิ ธิพลตอ่ แรงควบคุม นอกจากน้ีสปรงิ ก้นหอยยังทาหนา้ ที่ส่งผ่านกระแสไฟฟ้าท่ีต้องการวัดเข้าสชู่ ดุ ขดลวดเคลือ่ นท่แี ละดึงเขม็ ช้ีกลบั คืนตาแหน่งศูนย์ (Zero Position) ของสเกลเม่ือไม่มีกระแสไฟฟ้าปอ้ นให้ขดลวดดงั นัน้ แรงของสปรงิ ทีเ่ กิดขึ้นจึงเปน็ สัดส่วนกบั มุมทบี่ า่ ยเบนไปของเข็มช้ี ตามสมการ Tc = K  (3.4)ดังนั้นถ้าให้ K เป็นค่าคงที่สาหรับการบ่ายเบน (ค่าคงที่ของสปริง) ที่กาหนดให้แรงบิดควบคุมเท่ากับแรงบิดบ่ายเบนซ่งึ จะทาใหเ้ ข็มชห้ี ยุดนิ่ง จะได้สมการ K= BliND (3.5) และถ้าให้ตัวแปรทั้งหมดยกเว้น  และ i เป็นค่าที่ไม่เปล่ียนแปลงของเครื่องมือวัดใด ๆ ก็จะสามารถหาคา่ มุมบา่ ยเบน (Deflection angle) ได้ จากสมการ =

เอกสารประกอบการสอน วชิ า เครอ่ื งมอื วดั ไฟฟา้ และอิเลก็ ทรอนกิ ส์ (50)ดังน้ัน = [ ]i (3.6) เม่อื = Ci C มคี ่าเท่ากบั [ ] ซง่ึ เทียบเท่ากบั ความไวของเคร่ืองมือวัด3. แรงหน่วง (Damping Force) เมอ่ื ขดลวดเคลื่อนที่หมุนและขณะกาลังจะหยุดนิ่งท่ีตาแหน่งที่แสดงบนสเกลนนั้ เข็มชีจ้ ะสัน่ (Oscillation or Swing) กอ่ นการหยุดนง่ิ (ภาพที่ 32) ดังนั้นจึงต้องสร้างแรงหน่วงข้ึนเพื่อลดอาการส่ังน้ี โดยแรงหน่วงนี้จะแสดงผลเม่ือชุดขดลวดเกิดการเคล่ือนที่เท่านั้น ดังนั้นมันจึงต้องสร้างขึ้นจากการหมุนของขดลวด โดยปกตินั้นใน PMMC แรงหน่วงจะเกิดข้ึนจากกระแสไฟฟ้าไหลวน(Eddy Current) ซ่ึงเกิดขึ้นบนโครง (Frame) อลูมิเนียมที่ใช้พันขดลวด เม่ือขดลวดเคลื่อนที่ตัดสนามแม่เหล็กถาวรจะทาให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลวนข้ึนในโครงอลูมิเนียมและจะเหนี่ยวนาทาให้เกิดสนามแม่เหล็กที่มีทิศตรงข้ามกับการหมุนของขดลวด (ภาพท่ี 33) จึงเกิดแรงต้านกับทิศทางการหมุนของขดลวดเคล่อื นที่ ซึ่งแรงต่อต้านนค้ี ือ แรงหนว่ ง เพื่อจะทาให้เขม็ ชห้ี ยดุ นิ่งโดยไม่มกี ารแกวง่ หรือสั่น สเกล 2 4 6 8 1 0 0 เข็มช้ี ขดลวด สปรงิ ก้นหอย ภาพที่ 31 แรงท่เี กิดขน้ึ บนชดุ ขดลวดเคล่ือนที่ ลักษณะการสั่นของเข็มช้ี เมอ่ื ไม่มแี รงหนว่ งลกั ษณะการสน่ั ของเขม็ ช้ี ตาแหนง่ สิน้ สดุ ของเขม็ ช้ี ลกั ษณะการ ลักษณะการส่นั ของเขม็ ช้ี เคลื่อนท่ขี องเข็มช้ี เม่ือมแี รงหนว่ ง เวลา ภาพที่ 32 การสน่ั ของเข็มช้ีเมื่อไมม่ ีแรงหน่วง

(51) เอกสารประกอบการสอน วิชา เครอ่ื งมอื วัดไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ แรงหน่วง การเคล่อื นท่ี N S การเคล่อื นที่ โครงอลมู เิ นียมของขดลวด แรงหน่วง ภาพท่ี 33 การเกดิ แรงหน่วงภายใน PMMC ซ่ึงเกดิ จากกระแสไฟฟ้าไหลวน ผลของแรงหน่วงท่ีมีตอ่ การสั่นของเข็มช้ีมี 3 แบบ คือ 1. แรงหนว่ งพอดี (Critical Damping) จะสามารถหยุดเข็มให้ช้ีท่ีตาแหน่งแสดงค่าได้ทันที โดยจะเกิดการแกว่งหรือสวิง (Oscillation or Swing) ก่อนการหยุดน่ิงของเข็มชี้น้อยมาก แรงหน่วงที่พอดีจะทาให้ใชเ้ วลานอ้ ยมากในการแสดงคา่ ปรมิ าณไฟฟา้ ทตี่ ้องการวดั 2. แรงหน่วงมากเกินไป (Over Damping) จะมีผลทาให้เข็มชี้เคล่ือนท่ีจากตาแหน่ง ศูนย์ อย่างช้า ๆ แต่จะมีการแกว่งหรือสวิงน้อยมากก่อนที่จะหยุดตรงตาแหน่งที่วัดได้ทันที ดังน้ันจึงทาให้ใช้เวลานานในการแสดงคา่ ปริมาณไฟฟ้าท่ีต้องการวัด 3. แรงหน่วงน้อยไป (Under Damping) จะมีผลทาให้เข็มชี้เคล่ือนที่จากตาแหน่ง ศูนย์ อย่างรวดเร็ว แต่เข็มชี้จะมีการแกว่งหรือสวิงไปมาอย่างมากก่อนท่ีจะหยุดยังตาแหน่งกับท่ีวัดได้ ดังน้ันจึงใช้เวลานานในการแสดงค่าปรมิ าณไฟฟา้ ทตี่ อ้ งการทราบคา่ เช่นเดียวกนัสเกลของเครือ่ งวัดไฟฟา้ กระแสตรงเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดจะทาให้เกิดแรงบิดบ่ายเบนขึ้นและขับให้ชุดขดลวดเคลื่อนที่(Moving coil) หมนุ ไปจากตาแหนง่ ศนู ย์ พร้อมกับเข็มชี้ปริมาณ ปริมาณของแรงบิดบ่ายเบนสามารถหาได้จากสมการ T = B A i N sin นิวตนั – เมตร (3.7)เมือ่ T คือ แรงบิดขับท่ีทาใหเ้ ข็มบ่ายเบน N คอื จานวนรอบของขดลวด i คือ กระแสไฟฟา้ ท่ีไหลผา่ นขดลวด B คือ ความหนาแนน่ ของฟลักซ์สนามแมเ่ หล็ก A คือ พื้นทีข่ องขดลวด  คือ มุมระหวา่ งเขม็ ของเครอื่ งมือวัดกับทิศทางของฟลักซ์แมเ่ หล็ก

เอกสารประกอบการสอน วชิ า เครื่องมือวดั ไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ (52) เม่ือพิจารณาตัวแปร N B และ A ในสมการ (7) จะพบว่าเป็นค่าคงที่ซ่ีงจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงในขดลวดเคลอื่ นท่ี ประกอบกับเมอื่ พิจารณาภาพท่ี 34 จะพบว่าเข็มของเครื่องวัดนั้นจะต้ังฉาก (=90o) กับทิศทางของฟลกั ซ์แม่เหล็กเสมอ ดังนนั้ สามารถเขยี นสมการไดใ้ หม่ดงั น้ีT = [B A N] i (3.8) เมื่อพิจารณาสมการ (8) จะพบว่า ค่าแรงบิดขับที่ทาให้เข็มบ่ายเบน (T) จะแปรผันตามค่ากระแสไฟฟา้ ท่ีไหลผา่ นขดลวด (i) เทา่ นนั้ ถ้าค่า i เพม่ิ ข้ึน คา่ T ก็จะเพ่ิมขึ้นตามและเป็นผลให้เข็มช้ีปริมาณบ่ายเบนมากขึ้นตามไปด้วย ดังน้ันด้วยเหตุน้ีสเกลของเคร่ืองวัดไฟฟ้ากระแสตรงแบบขดลวดเคลื่อนที่ดาร์สนั วัล จึงมีลักษณะเปน็ เชงิ เส้น (Linear) หรือแตล่ ะช่องของสเกลถูกแบ่งอย่างเท่ากัน ยกตัวอย่างเช่น ถ้ากระแสไฟฟ้า 1 มิลลิแอมแปร์ทาให้เข็มชี้เคลื่อนที่เป็นระยะทาง 1 เซ็นติเมตรจากจุดเริ่มต้น (จุด 0) กระแสไฟฟ้า 2 มิลลิแอมแปร์จะทาให้เข็มช้ีเคล่ือนที่ไปเป็นระยะทาง 2 เซ็นติเมตรจากจุดเร่มิ ต้น หรอื 1 เซ็นติเมตรจากจุด 1 มิลลิแอมแปร์ และจะเคลื่อนท่ีไป 1 เซ็นติเมตรเม่ือกระแสไฟฟ้าเพิม่ ขึน้ 1 มลิ ลแิ อมแปร์ (ภาพท่ี 35) จงึ ทาใหข้ ดลวดเคลื่อนที่แบบดาร์สันวัลสามารถดัดแปลงเป็นเครื่องมือวดั กระแสไฟฟ้า เคร่อื งมือวดั แรงดันไฟฟา้ หรอื เครื่องมอื วดั ความตา้ นทานไฟฟา้ ได้ F α F

ภาพท่ี 34 ทศิ ทางของฟลักซ์แม่เหล็กท่เี กดิ ขึ้นในขดลวดเคลือ่ นที่0 2 4 6 8 10 2 4 6 801 0ภาพที่ 35 เปรียบเทยี บสเกลแบบลเี นียร์กบั สเกลของเคร่ืองมือวัดแบบเข็มชีค้ า่

(53) เอกสารประกอบการสอน วชิ า เครื่องมือวดั ไฟฟา้ และอิเล็กทรอนกิ ส์ ชุดขดลวดเคล่ือนที่แบบดาร์สันวาล์จัดได้ว่าเป็นเคร่ืองมือวัดเบื้องต้นที่สามารถใช้วัดค่าปริมาณทางไฟฟ้าไดโ้ ดยตรง โดยค่าปริมาณทางไฟฟ้าจะแสดงผลในลักษณะการบ่ายเบนไปของเข็มชี้ค่า ซ่ึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวด และเน่ืองจากปริมาณของกระแสไฟฟ้าท่ีไหลผ่านชุดขดลวดนี้โดยตรง จึงทาให้ชุดขดลวดเคล่ือนท่ีแบบดาร์สันวาล์มีข้อจากัดทาให้วัดกระแสไฟฟ้าได้ในปริมาณน้อย ๆ เท่าน้ัน ดังนั้นในการวัดกระแสไฟฟ้าปริมาณสูง ๆ จึงต้องทาการดัดแปลงชุดขดลวดเคล่ือนที่แบบดาร์สันวาล์นเ้ี พอื่ ใหส้ ามารถใช้งานได้ความไวในการวัด ความไวในการวัด (Sensitivity) คือสิ่งท่ีแสดงประสิทธิภาพของเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าในการตรวจจบั ปริมาณกระแสไฟฟา้ ทีไ่ หลผา่ นชุดขดลวดเคลื่อนท่ีของเครื่องมือวัด เคร่ืองมือทางวัดไฟฟ้าท่ีมีความไวในการวัดแตกต่างกนั จะให้ผลในการวัดไม่เท่ากัน ซ่ึงเคร่ืองมือวัดทางไฟฟ้าท่ีมีความไวในการวัดสูงกว่าจะใหผ้ ลการวัดเท่ียงตรงกว่าเคร่ืองมือวดั ที่มคี วามไวต่ากว่า ซ่งึ ค่าความไวในการวัดจะมีหน่วยเป็น โอห์ม/โวลต์(  /V) โดยสามารถคานวณหาคา่ ความไวในการวดั หาได้จากสมการ ()หรือ ()เม่ือ Full scale current คอื ยา่ นการวัดสูงสุดของกระแสไฟฟา้ (A) R Internal คอื ค่าความต้านทานภายในของเครื่องวัดไฟฟ้า (  ) Full scale voltage คอื ยา่ นการวดั สงู สดุ ของแรงดนั ไฟฟา้ (V)ตัวอย่างที่ 16. มัลติมิเตอร์เครื่องหน่ึงที่มีย่านในการวัดกระแสไฟฟ้าสูงสุด 100 µA จะมีค่าความไวในการวัด (Sensitivity) เทา่ ไรจากสมการ () ตัวอยา่ งท่ี 17. โวลตม์ เิ ตอร์เครอ่ื งหนงึ่ มคี วามไวในการวัด (Sensitivity) 50 k / Vตั้งย่านการวัด 20 โวลต์จะมีค่าความตา้ นทานภายในของโวลต์มเิ ตอร์เท่าไรจากสมการ () ()  

เอกสารประกอบการสอน วชิ า เครอ่ื งมอื วัดไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนิกส์ (54)ข้อดีของชดุ ขดลวดเคลือ่ นที่แบบดารส์ นั วาล์ 1. สูญเสียกาลังไฟฟา้ ขณะทาการวดั นอ้ ย 2. ไมม่ ีการสูญเสยี พลังงานแมเ่ หลก็ 3. มีอตั ราส่วนแรงบดิ ต่อน้าหนักสงู 4. สเกลบนหนา้ ปทั ม์มีขนาดเท่ากันโดยสม่าเสมอ 5. ความเขม้ ของสนามแมเ่ หล็กรอบชุดขดลวดเคลื่อนท่ีมีสูงมาก จนสนามแม่เหล็กภายนอกไม่มีผลต่อการทางานของมิเตอร์ 6. สามารถเพ่ิมยา่ นการวัดของมิเตอรไ์ ด้ โดยการดัดแปลงวงจรเพียงเลก็ น้อย 7. สามารถดัดแปลงเป็นโวลต์มิเตอร์หรือแอมมิเตอร์แบบหลายย่านวัดได้ โดยการดัดแปลงวงจรเพยี งเล็กนอ้ ยข้อเสยี ของชุดขดลวดเคล่อื นทีแ่ บบดาร์สันวาล์ 1. ไม่ทนทานต่อการกระทบกระเทอื น เน่ืองจากจะทาให้แกนของชุดขดลวดเคลื่อนท่ีคดงอหรือเกิดการการแตกของร่องของเดือยและสง่ ผลให้มิเตอรช์ ารุดเสียหายได้ 2. หากใชง้ านไปเป็นระยะเวลานาน ๆ อาจทาให้เกิดการเสื่อมของสปริงก้นหอยและแม่เหล็กถาวรและทาให้การวัดคา่ ของมิเตอรผ์ ดิ พลาดได้สรปุ สาระสาคัญ โครงสร้างของขดลวดเคล่ือนท่ีแบบดาร์สันวัลประกอบด้วยขดลวดทองแดงที่พันไว้บนแกนเหล็กอ่อนซึ่งวางไวใ้ นสนามแม่เหลก็ ของแมเ่ หลก็ ถาวรและมเี ขม็ ชี้ปริมาณตดิ ไว้กับแกนขดลวด กระแสไฟฟ้าท่ีไหลเข้าสู่ขดลวดจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าข้ึนรอบแกนขดลวดน้ันและผลักกับแ รงของสนามแม่เหล็กถาวรแกนขดลวดจงึ เคลื่อนทีไ่ ปพรอ้ มกับเข็มช้ปี รมิ าณ โดยค่าที่แสดงบนสเกลจะเป็นปริมาณกระไฟฟ้าท่ีไหลผ่านขดลวดนน้ั ชุดขดลวดเคลื่อนที่แบบดาร์สันวาล์สามารถใช้วัดค่าปริมาณกระแสไฟฟ้าได้โดยตรง โดยการบ่ายเบนไปของเข็มชี้จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณของกระแสไฟฟ้าและเพ่ิมข้ึนแบบเชิงเส้น จึงทาให้สามารถแบง่ สเกลแสดงผลออกเปน็ ช่องเทา่ ๆ กนั ได้ ข้อจากัดของชุดขดลวดเคล่ือนท่ีน้ีคือวัดกระแสไฟฟ้าได้ในปริมาณน้อย ๆ เท่าน้ัน ดังนั้นการใช้วัดกระแสไฟฟา้ ปรมิ าณสงู จงึ ตอ้ งดดั แปลงชุดขดลวดเคล่ือนท่ีเพ่อื ใหส้ ามารถใชง้ านได้

การทดลองอุปกรณก์ ารทดลอง1. ชุดขดลวดเคลื่อนทีแ่ บบดารส์ ันวลั ขนาด 10 โวลต์2. แหล่งจ่ายไฟฟา้ กระแสตรง 0 – 30 โวลต์3. แผน่ ใสสาหรบั วาดสเกลวธิ ีการทดลอง1. ตดั แผ่นใสใหไ้ ด้ขนาดเท่ากบั หนา้ ปัทมข์ องชุดขดลวดเคล่อื นท่แี ละนาแผน่ ใสทตี่ ดั แล้วไปติดท่ีด้านหน้าของชดุ ขดลวดเคลอ่ื นที่นนั้ ดว้ ยเทปกาวใส2. เปดิ สวิทชเ์ คร่ืองแหลง่ จ่ายไฟฟา้ กระแสตรงและหมุนปุ่มปรับแรงดันไฟฟา้ ของแหลง่ จ่ายไฟฟ้าในทศิทวนเขม็ นาฬิกาจนสดุ หรือหมนุ ไปทีต่ าแหน่ง ศนู ย์ โวลต์3. ตอ่ สายไฟฟ้าขวั้ บวกและลบ เข้ากบั ชดุ ขดลวดเคลอื่ นที่ โดยต้องระวังไม่ให้ตอ่ สายสลบั ข้วั4. สงั เกตการเคลอ่ื นท่ีของเขม็ ช้ีปรมิ าณของชุดขดลวดเคลอื่ นทว่ี ่ามีการเคล่ือนท่ีไปหรอื ไมแ่ ละบันทึกผลลงในตารางที่ 15. ทาเคร่อื งหมายลงบนแผน่ ใสตรงตาแหน่งท่ีเขม็ ชีป้ ริมาณหยุดนง่ิ6. ปรับค่าแรงดันไฟฟ้าตามตารางที่ 1 และทาซ้าข้อท่ี 4 – 5 พร้อมทัง้ บนั ทกึ ผลการทดลอง7. วัดระยะทางทเ่ี ข็มเคลื่อนท่ีไปในแต่ละครั้งทป่ี รับค่าแรงดนั ไฟฟา้ และบนั ทึกผลลงในตารางผลการทดลองคา่ แรงดันไฟฟ้า ระยะทางการเคลือ่ นท่ีของเข็ม คา่ แรงดันไฟฟ้า ระยะทางการเคลือ่ นทีข่ อง (ซม.) เข็ม (ซม.)162738495 10สรปุ ผลการทดลอง............................................................................................................................. .................................................................................................................................. .......................................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ...............................................................................................................................................................................................

เอกสารประกอบการสอน วิชา เครื่องมอื วัดไฟฟา้ และอิเล็กทรอนกิ ส์ (56)คาถามท้ายการทดลอง1. ระยะทางท่ีเข็มชี้ปริมาณเคล่ือนท่ีไปในแต่ละคร้ังมีค่าเท่ากันหรือไม่อย่างไร จงอธิบายว่าทาไมจึงเป็นเชน่ นนั้....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................2. จากการทดลองน้ีจะพบว่านักศึกษาสามารถนาแผ่นใสท่ีได้น้ีมาใช้เป็นสเกลบอกปริมาณแรงดันไฟฟ้าของชุดขดลวดเคล่ือนที่นี้ได้ แต่จะพบว่าต้องกาหนดจุดบนแผ่นใสถึง 10 ครั้งจึงจะได้สเกลบอกปริมาณท่ีถูกต้อง จากทฤษฎีท่ีเรียนผ่านมานักศึกษาจะมีวิธีการใดท่ีจะสามารถกาหนดจุดสเกลบอกปริมาณได้โดยไม่ตอ้ งกาหนดจุดบนแผ่นใสถึง 10 คร้งั หรือไม่ จงอธิบาย..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

(57) เอกสารประกอบการสอน วชิ า เครือ่ งมือวดั ไฟฟา้ และอเิ ล็กทรอนิกส์3. จงวาดภาพโครงสรา้ งของชดุ ขดลวดเคลื่อนที่ที่นักศึกษาใช้ทดลองนแี้ ละแสดงใหเ้ หน็ วา่ เหมอื นหรือแตกตา่ งจากท่ีเรียนผา่ นมาอย่างไร

แบบฝึกหัดทา้ ยบท1. จงอธิบายหลักการท่ีทาให้ขดลวดเคลือ่ นท่ีหมนุ เมื่อป้อนกระแสไฟฟา้ ใหข้ ดลวด2. สปริงกน้ หอยในชุดขดลวดเคลอ่ื นทมี่ หี นา้ ท่ีสาคญั อยู่ 2 ประการ คืออะไรบ้าง3. จงอธบิ ายว่าแรงทางกลท่เี กิดในขดลวดเคล่อื นท่ีคอื อะไรและแบ่งออกเป็นกี่ประเภท4. การนาชดุ ขดลวดเคลื่อนท่ีไปประยุกต์ใชง้ านมีข้อควรระวังอยา่ งไรบ้าง5. ความไวในการวัดคืออะไรและมีความสาคัญอย่างไร6. จงอธิบายวา่ แรงทางกลที่เกดิ ในขดลวดเคลอื่ นท่ีแต่ละชนดิ มีความสาคญั ต่อการทางานของขดลวดเคลอื่ นท่ีอย่างไร7. ขดลวดเคล่อื นท่ีชดุ หนง่ึ พันดว้ ยเสน้ ลวดทองแดง 150 รอบ มีความหนาแนน่ ของสนามแม่เหล็กบนแกนอากาศ 0.2 T มเี ส้นผ่านศูนย์กลาง 1.2 เซน็ ตเิ มตร และมีความยาว 1.2 เซ็นตเิ มตร จงคานวณหาแรงบดิเมอื่ มีกระแสไฟฟา้ ไหลผ่านขดลวด 100 มลิ ลิแอมแปร์8. ขดลวดเคลื่อนทีช่ ดุ หน่งึ พันด้วยเส้นลวดทองแดง 220 รอบ มคี วามหนาแน่นของสนามแม่เหล็กบนแกนอากาศ 0.25 T มเี ส้นผา่ นศนู ย์กลาง 2 เซน็ ตเิ มตร และมีความยาว 1.5 เซน็ ตเิ มตร จงคานวณหาแรงบิดเมื่อมกี ระแสไฟฟา้ ไหลผา่ นขดลวด 0.01 แอมแปร์9. ขดลวดเคลอ่ื นท่ีชุดหนงึ่ พันดว้ ยเส้นลวดทองแดง 120 รอบ มคี วามหนาแนน่ ของสนามแม่เหล็กบนแกนอากาศ 0.25 T มีพ้ืนทข่ี องขดลวด 0.1 ตารางเซ็นติเมตร จงคานวณหาระยะทางทีข่ ดลวดเคล่ือนที่ไปเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผา่ น 10 มลิ ลแิ อมแปร์10. มัลติมเิ ตอรเ์ ครื่องหนึ่งทม่ี ีย่านในการวดั กระแสไฟฟ้าสูงสดุ 0.1 mA จงคานวณหาจะมคี ่าความไวในการวดั11. โวลตม์ ิเตอรเ์ ครือ่ งหน่ึงมีความไวในการวัด (Sensitivity) 50 k / Vต้ังย่านการวดั 2 โวลต์ จะมคี า่ความต้านทานภายในของโวลตม์ ิเตอร์เทา่ ไร12. ขอ้ ควรระวงั ในการใช้งานชุดขดลวดเคล่ือนทีค่ ืออะไรบา้ ง

เอกสารอ้างอิงธรี วฒั น์ ประกอบผล. (2549). ดจิ ิทลั อเิ ล็กทรอนิกส์. กรุงเทพฯ : สานกั พมิ พท์ ้อป.พัน ธ์ ศั ก ด์ิ พุ ฒิ ม า นิ ต พ ง ศ์ . ( 2537) . เ ค ร่ื อ ง มื อ วั ด ไ ฟ ฟ้ า แ ล ะ อิ เ ล็ ก ท ร อ นิ ก ส์ . ก รุ ง เ ท พ ฯ :ซีเอ็ดยเู คช่นั .มาตรวิทยา. (2554). ค้นเมื่อวันท่ี 16 มกราคม 2556. จาก http://www.nstda.or.th/nstda-knowledge/3070-metrologyวรี ะพันธ์ ติยัพเสน และ นภัทร วัจนเทพินทร์. (2546). ทฤษฎีเคร่ืองมือและการวัดทางไฟฟ้า. กรุงเทพฯ :สกายบุ๊กส์.ศกั รินทร์ โสนันทะ. (2545). เครอ่ื งมือวดั และการวัดทางไฟฟ้า. กรงุ เทพฯ : ซีเอด็ ยูเคช่นั .สมนกึ บญุ พาไสว. (2550). การวัดและเครื่องมอื วดั . กรุงเทพฯ : สานักพิมพท์ อ้ ป.ห น่ ว ย ท่ี ย อ ม รั บ ใ ห้ ใ ช้ แ ก่ ร ะ บ บ เ อ ส ไ อ . (2555). ค้นเมื่อวันที่ 16 มกราคม 2556. จากhttp://th.wikipedia.org/wiki/หนว่ ยทยี่ อมรบั ใหใ้ ช้แก่ระบบเอสไออานาจ สุขศรี. (2552). เคร่ืองวัดไฟฟ้ากระแสตรง. ค้นเมื่อวันท่ี 26 มิถุนายน 2556. จากhttp://eestaff.kku.ac.th/~amnart/instru/4.pdfเอก ไชยสวัสดิ์. (2539). การวัดและเคร่ืองวัดไฟฟ้า. กรุงเทพฯ : สมาคมส่งเสริมเทคโนโลยี(ไทย - ญ่ปี นุ่ ).David A. B. (2007). Electronic instrumentation and measurements. 2nd Edition. PrenticeOxford University Press, USAK. Lal Kishore. (2009). Electronic Measurements and Instrumentation. PearsonEducation India.Bakshi U.A. (2011). Electronic Instrumentation & Measurements. 2nd ed. TechnicalPublicationsBakshi U.A., Bakshi A.V. (2009). Measurements and Instrumentation. TechnicalPublications. http://books.google.co.th/books?id=gqfF32NgDl0CDavid A. B. (2007). Electronic instrumentation and measurements. 2nd Edition. PrenticeOxford University Press, USALarry D. Jones And A. Foster Chin. (1995). Electronic instruments and measurement. 2nded. Singapore: Simon and Schuster Asia Pte.Galvanomètre (Online). (2013). Retrieved 10 January 2013. From http://fr.wikipedia.org/wiki/Galvanom%C3%A8tr

แผนบรหิ ารการสอนประจาบทท่ี 4 แอมปม์ เิ ตอร์หวั ข้อเน้ือหา 1. หลักการพนื้ ฐานของแอมปม์ ิเตอร์ 2. แอมป์มิเตอร์ไฟฟา้ กระแสตรง 3. การขยายยา่ นวดั ของแอมมเิ ตอร์ 4. แอมมิเตอร์แบบหลายย่านวดั 5. สเกลของแอมมเิ ตอร์ 6. แอมมเิ ตอร์ไฟฟา้ กระแสสลบั 7. สรุปสาระสาคัญวัตถุประสงคเ์ ชิงพฤติกรรม เม่อื ผู้เรยี นศึกษาบทเรียนนี้แล้วสามารถ 1. อธิบายหลกั การพืน้ ฐานของแอมปม์ เิ ตอร์ไฟฟา้ กระแสตรงได้ 2. อธบิ ายหลักการขยายย่านวดั ของแอมมิเตอร์ได้ 3. อธบิ ายหลกั การทางานของแอมมเิ ตอร์แบบหลายย่านวัดได้ 4. อธิบายหลกั การและวิธีการสร้างสเกลของแอมมเิ ตอร์ได้ 5. อธบิ ายหลกั การพืน้ ฐานของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลบั ได้วธิ ีสอนและกิจกรรมการเรียนการสอน 1. วิธีสอน 1.1 วิธีสอนแบบบรรยาย เริ่มจากการอธิบายถึงหลักการพ้ืนฐานของแอมป์มิเตอร์ ไฟฟ้ากระแสตรง หลักการหลกั การขยายย่านวัดของแอมมิเตอร์ หลักการทางานของแอมมิเตอร์แบบหลายย่านวัดแนวคิดและวธิ กี ารสร้างสเกลของแอมมิเตอร์ หลกั การพน้ื ฐานของแอมมเิ ตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ ระหว่างการบรรยายมีการตั้งคาถาม ตอบคาถามระหว่างผู้สอนและผู้เรียน สุดท้ายอภิปรายและสรุปประเด็นสาคัญท่ีเกีย่ วกบั แอมมเิ ตอร์ 2. กิจกรรมการเรยี นการสอน 2.1 แสดงตวั อย่าง การใช้งานแอมมเิ ตอรใ์ นงานดา้ นวิทยาศาสตร์และในชีวติ ประจาวัน 2.2 อภปิ ราย เร่ือง การใช้งานแอมมิเตอร์ในงานดา้ นวิทยาศาสตร์และในชีวิตประจาวัน 2.3 ทาการทดลองการขยายย่านวัดของแอมมิเตอร์

(61) เอกสารประกอบการสอน วิชา เครื่องมอื วัดไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ 2.4 ทาแบบฝึกหัดท้ายบทท่ี 4ส่อื การเรียนการสอน 1. เครอ่ื งคอมพวิ เตอร์ 2. เพาเวอร์พอยต์ พรีเซนเตชนั เรอ่ื ง แอมปม์ ิเตอร์ 3. ใบการทดลอง การขยายย่านวดั ของแอมป์มเิ ตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง 4. แอมป์มเิ ตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง 5. ตัวอย่าง การใช้งานแอมมิเตอร์ในงานด้านวิทยาศาสตร์และในชีวิตประจาวัน ผลกระทบและกฎหมายทีเ่ ก่ียวข้อง 6. โปรเจคเตอร์การวดั ผลและการประเมินผล 1. สังเกตการตอบคาถามและต้งั คาถาม 2. สงั เกตจากการอภปิ ราย ซักถาม และการแสดงความคดิ เห็น 3. วดั เจตคตจิ ากการสังเกตพฤติกรรมความกระตือรือรน้ ในการทากิจกรรมและคณุ ภาพของงาน

บทที่ 4 แอมปม์ เิ ตอร์ แอมมเิ ตอรเ์ ปน็ เครือ่ งมือวดั ทางไฟฟา้ ท่สี าคัญชนิดหนึ่งในทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ โดยใช้วัดปริมาณกระแสไฟฟา้ ในวงจรไฟฟ้าใด ๆ แบ่งออกได้ 2 ชนดิ ตามลกั ษณะของกระแสไฟฟา้ คือ 1) แอมมิเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current Ammeter) 2) แอมมเิ ตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current Ammeter) ซ่ึงท้ัง 2 ชนิดจะใช้ชุดขดลวดเคล่ือนที่แบบดาร์สันวัล (D'Arsonval moving coil) เป็นอุปกรณ์หลักในการแสดงผลปริมาณกระแสไฟฟ้าทัง้ ส้นิแอมปม์ ิเตอร์ไฟฟา้ กระแสตรง แอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง เป็นเครื่องมือวัดไฟฟ้าท่ีดัดแปลงจากชุดขดลวดเคล่ือนที่แบบดาร์สันวัล โดยอาศัยสนามแม่เหล็กถาวรและสนามแม่เหล็กไฟฟ้าท่ีเกิดขึ้นในขดลวดเคลื่อนที่ ดังน้ันเม่ือมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจึงทาให้เกิดแรงบิดบ่ายเบนจากขดลวดเคล่ือนที่พาให้เข็มมิเตอร์แสดงค่าปริมาณกระแสไฟฟ้าได้ โดยปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ทาให้เข็มมิเตอร์บ่ายเบนไปจนเต็มสเกลน้ีเรียกว่า กระแสไฟฟ้าเตม็ สเกล แอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงน้ีเป็นเครื่องมือวัดไฟฟ้าแบบอะนาลอก (Analog Instrument) หรืออาจจะเรียกอีกชื่อว่าเครื่องมือวัดแบบเข็มชี้ (Indicating Instrument) ใช้สาหรับวัดกระแสไฟฟ้าแบบกระแสตรง (Direct Current : DC) โดยลกั ษณะของการวดั จะต่อแบบอนุกรมกับอุปกรณ์ไฟฟ้าท่ีต้องการวัด(ภาพที่ 36) และแสดงผลการวัดด้วยเข็มมิเตอร์ซ่ึงติดอยู่กับขดลวดเคลื่อนท่ีแบบดาร์สันวัล ซึ่งจะหมุนไปพร้อมกันเพื่อแสดงค่ากระแสไฟฟ้าบนสเกลของหน้าปัทม์ตามปริมาณกระแสไฟฟ้าท่ีไหลผ่านขดลวดเคลื่อนท่ี โดยสญั ลกั ษณ์ของแอมมิเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรงแสดงดังภาพที่ 37 +- 12 VDC 12 VDC ภาพที่ 36 ลกั ษณะการต่อแอมป์มเิ ตอรเ์ พ่ือวดั กระแสไฟฟา้

(63) เอกสารประกอบการสอน วชิ า เครอื่ งมอื วดั ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์+ A- A ภาพท่ี 37 สัญลกั ษณ์ของแอมมิเตอรไ์ ฟฟา้ กระแสตรง วงจรของแอมป์มเิ ตอรไ์ ฟฟา้ กระแสตรง แอมป์มิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงซึ่งดัดแปลงจากขดลวดเคลื่อนที่แบบดาร์สันวัล จะพันขดลวดด้วยลวดตัวนาขนาดเลก็ จึงทาให้เกดิ คา่ ความต้านทานนอ้ ย ๆ คา่ หนึ่งข้ึนในขดลวดตัวนา เรียกว่า ความต้านทานขดลวด (Moving Coil Resistance) ใช้สัญลกั ษณ์วา่ Rm ดงั นน้ั เมอื่ นาไปใช้วัดกระแสไฟฟ้าจึงมีขีดจากัดในการวดั กระแสไฟฟ้าไดป้ รมิ าณหน่งึ เท่านัน้ ซึง่ ค่ากระแสไฟฟา้ ทจ่ี ากัดนี้ เรียกว่า กระแสไฟฟ้าเต็มสเกล (FullScale Current) หรือกระแสไฟฟ้าขดลวด (Moving Coil Current) ใช้สัญลักษณ์ว่า Im ซึ่งเป็นค่ากระแสไฟฟ้าท่ีทาให้เข็มของมิเตอร์บ่ายเบนไปจนเต็มสเกล ดังนั้นจึงเขียนเป็นวงจรสมมูลของขดลวดเคลอ่ื นทไ่ี ดด้ งั ภาพท่ี 38 Im Rm +V - m ภาพท่ี 38 วงจรสมมูลของขดลวดเคล่อื นท่ี จากวงจรสมมูลของขดลวดเคลื่อนท่ีทาให้สามารถใช้กฎของโอห์มเขียนสมการเพ่ือแสดงความสัมพันธข์ องกระแสไฟฟา้ ขดลวด ความตา้ นทานขดลวดและแรงดนั ไฟฟ้าไดว้ ่า (4.1) เมื่อ Im คอื กระแสไฟฟา้ เต็มสเกลของขดลวด มหี นว่ ยเป็น แอมแปร์ (A) Vm คือแรงดันไฟฟา้ ตกคร่อมบนขดลวด มหี นว่ ยเปน็ โวลต์ (V) Rm คือความตา้ นทานของขดลวด มีหน่วยเป็น โอห์ม (Ω) โดยปกติค่ากระแสไฟฟ้าขดลวดหรือกระแสไฟฟ้าเต็มสเกล (Im) ของขดลวดเคลื่อนท่ีจะมีค่าน้อยมากในระดบั ไมโครแอมแปร์ ( Ampare) ทาใหก้ ารนาขดลวดเคล่ือนทนี่ ้ไี ปใช้วดั กระแสไฟฟ้าจึงมีข้อจากัดอยา่ งมากในด้านการใช้งานจริง ดังน้ันในการสร้างแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจะใช้ตัวต้านทาน (Resistor)ค่าน้อย ๆ มาต่อขนานกับขดลวดเคลือ่ นทเี่ พือ่ แบ่งกระแสไฟฟ้าส่วนท่ีเกินค่าพิกัดให้ไหลผ่านแทน เพื่อขยายย่านวัดให้แอมมิเตอร์สามารถวัดปริมาณกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นตามความต้องการของผู้ใช้งานและยัง

เอกสารประกอบการสอน วิชา เคร่ืองมือวดั ไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนิกส์ (64)สามารถขยายให้วัดกระแสไฟฟ้าได้หลายย่านวัดตามความต้องการ โดยวงจรของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแสดงดังภาพที่ 39I Im Rm + Vm - Is Rs + Vs -ภาพที่ 39 วงจรสมมลู ของแอมมิเตอรไ์ ฟฟา้ กระแสตรง 5 0 10ชดุ ขดลวดเคลอื่ นท่ี ตัวต้านทานช้ันท์ ข้ัววดั กระแสไฟฟ้า ภาพที่ 40 โครงสร้างทางกายภาพของแอมมเิ ตอร์ไฟฟา้ กระแสตรง การขยายยา่ นวัดของแอมมเิ ตอร์ ประยุกต์โดยใช้หลักการของวงจรขนาน (Parallel Circuit) ในการขยายให้แอมมิเตอร์สามารถวัดปริมาณกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น โดยการนาตัวต้านทานชั้นท์ (Shunt Resistor : Rs) มาต่อขนานกับขดลวดเคลื่อนที่ (ภาพท่ี 40) เพื่อแบ่งปริมาณกระแสไฟฟ้าของย่านวัด (I) ออกเป็นสองส่วน คือ 1) กระแสไฟฟ้าเต็มสเกลของขดลวดเคลื่อนท่ี (Im) เพื่อทาให้แอมมิเตอร์แสดงผลปริมาณกระแสไฟฟ้าของย่านวัดได้2) กระแสไฟฟ้าช้ันท์ (Shunt Current : Is) ซ่ึงไหลผ่านตัวต้านทานชั้นท์ เพ่ือแบ่งกระแสไฟฟ้าส่วนที่เกินจากกระแสไฟฟ้าเต็มสเกลของขดลวดเคล่ือนที่ออก เพ่ือป้องกันความเสียหายของขดลวดเคล่ือนท่ีเน่ืองจาก

(65) เอกสารประกอบการสอน วิชา เครอ่ื งมอื วัดไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์กระแสไฟฟ้าเกิน ซ่ึงตัวต้านทานชั้นท์ที่จะนามาใช้งานนี้จะต้องมีค่าความต้านทานพอดีที่จะแบ่งกระแสไฟฟ้าส่วนเกินออกไปจนกระท่ังกระแสไฟฟ้าท่ีไหลผ่านขดลวดเคลื่อนที่มีเท่ากับกระแสไฟฟ้าเต็มสเกลของขดลวดเคลอ่ื นท่อี ยา่ งพอดี ดังน้ันการออกแบบแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงน้ีจึงสามารถ ใช้กฏของโอห์ (Ohm’s law) และหลกั การของวงจรขนานเพ่ือหาค่าความต้านทานของตวั ต้านทานชัน้ ท์ได้ดังสมการ จากภาพท่ี 39โดยหลักการของวงจรขนานจะพบว่า Rs ต่อขนานกับ Rm และเม่ือพิจารณาจากกฏของโอหม์ จะพบวา่ Vs เท่ากบั Vmจากกฏของโอห์ม Vs = Is × Rsจะไดว้ า่ Vm = Im × Rm Is × Rs = Im × Rmดังน้นั Rsh = (4.2)เมือ่ Ish = I – Im (4.3)เมื่อแทนสมการที่ 4.3 ในสมการท่ี 4.2 จะได้ดงั น้นั Rsh = (4.4)ตวั อย่างที่ 18. ขดลวดเคลื่อนที่ตัวหนึ่งมีกระแสไฟฟ้าเต็มสเกล 100 μA มีความต้านทานภายใน 99 Ωตอ้ งการทาเป็นแอมมิเตอรข์ นาด 100 mA จงคานวณหาคา่ ตา้ นทานช้ันท์I = 100 mA Im = 100 μA Rm = 99 Ω Is Rsจากสมการ Rs =แทนคา่ ในสมการ = ( )( )  Rs ( )( ) = 0.099ดังนน้ั จงึ ไดค้ ่าค่าตา้ นทานชนั้ ท์เท่ากบั 0.099 ตอบ

เอกสารประกอบการสอน วชิ า เครื่องมอื วัดไฟฟา้ และอเิ ล็กทรอนิกส์ (66)ตวั อย่างที่ 19. แอมมิเตอร์เครื่องหนึ่งขดลวดเคล่ือนที่มีความต้านทานภายใน 99 Ω กระแสไฟฟ้าเต็มสเกล0.1 mA ต่อขนานกับตัวต้านทานชั้นท์ 1 Ω จงคานวณหา 1) กระแสไฟฟ้าเต็มสเกลของแอมมิเตอร์ (FSD)2) กระแสไฟฟ้าครึ่งสเกลของแอมมิเตอร์ (0.5FSD) 3) กระแสไฟฟ้าเศษหน่ึงส่วนส่ีสเกลของแอมมิเตอร์(0.25 FSD)I = ? Im = 0.1 Rm = 99 Ω mA V Is = ? m Rs = 1 Ω Vsกระแสไฟฟ้าเต็มสเกลของแอมมเิ ตอร์ (FSD)คา่ กระแสไฟฟ้าเตม็ สเกลของแอมมเิ ตอร์ (I) จะหาจากกฎกระแสไฟฟา้ ของเคอร์ชอร์ฟI = Im + Is (1)เมือ่ พจิ ารณาจากโจทย์จะพบว่า Im มีค่าเท่ากบั 0.1 mA แตไ่ ม่ทราบค่า Isดังนนั้ จึงหาคา่ Is ได้จากกฏของโอห์มIs = Vs / Rs (2)แต่เม่ือพจิ ารณาจากโจทยจ์ ะพบว่าไม่ทราบคา่ Vs จงึ ยังไม่สามารถหาคา่ Is ได้แตเ่ ม่ือพิจารณาจากวงจรพบว่า Rs ต่อขนานกับ Rm และเม่ือพิจารณาจากหลักของวงจรขนานจะพบว่าท้ังสองจะมแี รงดันตกครอ่ มเท่ากันดงั นั้น Vs = Vmจงึ หาคา่ Vm = Im Rm = (0.1 × 10-3 A) × 99 ΩVm = 9.9 mVแทนคา่ Vm ลงในสมการ (2) แทน Vsดังน้ัน Is = Vm / Rs = 0.0099 V / 1 ΩIs = 9.9 mAแทนค่า Is ลงในสมการ (1)I = Im + Is = 0.1 mA + 9.9 mAI = 10 mAดงั น้นั กระแสไฟฟา้ เต็มสเกลของแอมมิเตอรน์ ้เี ทา่ กับ 10 mA ตอบ

(67) เอกสารประกอบการสอน วิชา เครอ่ื งมือวัดไฟฟา้ และอเิ ลก็ ทรอนิกส์กระแสไฟฟ้าคร่งึ สเกลของแอมมิเตอร์ (0.5 FSD)เมือ่ พจิ ารณาทค่ี ่ากระแสไฟฟา้ ครงึ่ สเกล Im มีคา่ เท่ากับIm = 0.1 mA × 0.5 Im = 0.05 mAคา่ กระแสไฟฟา้ ครง่ึ สเกลของแอมมิเตอร์ (I) จะหาจากกฎกระแสไฟฟา้ ของเคอรช์ อร์ฟI = Im + Is (3)ดงั นั้นจงึ หาคา่ Is ได้จากกฏของโอหม์Is = Vs / Rsเมื่อพิจารณาจากโจทย์จะพบว่าไม่ทราบค่า Vs จงึ ยงั ไม่สามารถหาค่า Is ได้แต่เมอ่ื พจิ ารณาจากวงจรพบว่า Rs ต่อขนานกับ Rm และเม่ือพิจารณาจากหลักของวงจรขนานจะพบว่าทั้งสองจะมแี รงดนั ตกครอ่ มเทา่ กันดงั นน้ั Vs = Vmดังนั้นจึงหาค่า Vm = Im Rm = (0.05 × 10-3 A) × 99 Ω Vm = 4.95 mVแทนคา่ Vm ลงในสมการ (2) แทน Vsดังน้ัน Is = Vm / Rs= 4.95 mV / 1 ΩIs = 4.95 mAแทนคา่ Is ลงในสมการ (3)I = Im + Is= 0.05 mA + 4.95 mA I = 5 mAดงั นัน้ กระแสไฟฟา้ คร่ึงสเกลของแอมมิเตอรน์ ีเ้ ท่ากับ 5 mA ตอบกระแสไฟฟา้ เศษหนึ่งส่วนสีส่ เกลของแอมมิเตอร์ (0.25 FSD)ค่ากระแสไฟฟ้าเต็มสเกลของแอมมเิ ตอร์ (I) จะหาจากกฎกระแสไฟฟ้าของเคอรช์ อร์ฟI = Im + Is (4)เม่อื พจิ ารณาที่ค่ากระแสไฟฟา้ เศษหน่งึ ส่วนสี่สเกล Im มคี า่ เทา่ กบัIm = 0.1 mA × 0.25 Im = 0.025 mAดงั นน้ั จงึ หาค่า Is = Vs / Rs (5)

เอกสารประกอบการสอน วิชา เคร่อื งมอื วดั ไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ (68) เม่อื พิจารณาจากโจทย์จะพบว่าไมท่ ราบคา่ Vs จึงยงั ไม่สามารถหาคา่ Is ได้ แตเ่ มอื่ พิจารณาจากวงจรพบว่า Rs ต่อขนานกับ Rm และเมื่อพิจารณาจากหลักของวงจรขนานจะพบว่าทั้งสองจะมแี รงดันตกครอ่ มเทา่ กนั ดังนน้ั Vs = Vm ดงั นน้ั จงึ หาคา่ Vm = Im Rm = (0.025 × 10-3 A) × 99 Ω Vm = 2.475 mV แทนคา่ Vm ลงในสมการ (5) แทน Vs ดงั นั้น Is = Vm / Rs = 2.475 mV / 1 Ω = 2.475 mA หรอื Is = 2.475 mA แทนค่า Is ลงในสมการ (4) I = Im + Is = 0.025 mA + 2.475 mA I = 2.5 mA ดังนั้น กระแสไฟฟ้าเศษหนึง่ ส่วนสเกลของแอมมเิ ตอรน์ เี้ ท่ากับ 2.5 mA ตอบ เม่ือพจิ ารณาคาตอบท้ังสามของแอมมิเตอรน์ ้ี คือกระแสไฟฟ้าเต็มสเกลของแอมมิเตอร์น้ีเท่ากับ 10mA กระแสไฟฟ้าครึ่งสเกลของแอมมิเตอร์น้ีเท่ากับ 5 mA และกระแสไฟฟ้าเศษหนึ่งส่วนสเกลของแอมมิเตอร์นี้เท่ากับ 2.5 mA จะพบว่าค่ากระแสไฟฟ้าของแอมมิเตอร์และระยะของสเกลเพ่ิมขึ้นในอัตราส่วนท่ีเท่ากัน กล่าวคือ เม่ือกระแสไฟฟ้าเพ่ิมขึ้น 1 เท่า ระยะทางท่ีเคลื่อนท่ีไปของสเกลแอมมิเตอร์ก็เพ่ิมข้นึ 1 เท่าเช่นกนั ดังนนั้ จงึ เห็นวา่ สเกลท่ีเกิดขึ้นนี้มคี วามเปน็ เชิงเสน้ หากกาหนดให้ระยะทางจาก 0 ถึง 10 mA เท่ากับ 10 เซนติเมตร จะพบว่าท่ีปริมาณกระแสไฟฟ้า5 mA (0.5 FSD) จะมีระยะทางเท่ากับ 5 เซนติเมตร และที่ปริมาณกระแสไฟฟ้า 2.5 mA (0.25 FSD) จะมีระยะทางเท่ากบั 2.5 เซนติเมตร (ภาพที่ 41) จึงสามารถวาดเป็นสเกลสาหรับแอมมิเตอร์เคร่ืองน้ีได้ดังภาพท่ี 42 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 เซนติเมตร 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 mA ภาพที่ 41 เปรยี บเทยี บระยะทางกับปริมาณกระแสไฟฟา้ ที่คานวณไดจ้ ากแอมมิเตอร์

(69) เอกสารประกอบการสอน วิชา เครอื่ งมือวัดไฟฟ้าและอิเล็กทรอนกิ ส์ 345 6 78 2190 10 ภาพท่ี 42 สเกลของแอมมิเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรงทีป่ รบั จากแนวเส้นตรง ความตา้ นทานสแวพปิ้ง (Swamping Resistance) ขดลวดเคล่ือนที่แบบดาร์สันวัลหรือ PMMC (Permanent Magnet Moving Coil instrument)น้ันจะพันด้วยเส้นลวดทองแดง ซ่ึงมีข้อเสียคือเม่ือนาไปวัดกระแสไฟฟ้าจะทาให้อุณหภูมิขอขดลวดเพ่ิมข้ึนเนื่องจากมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน จึงเป็นเหตุให้ความต้านทานของขดลวดเปล่ียนแปลงไปตามอุณหภูมิด้วยส่วนที่สปริงก้นหอยซ่ึงเป็นทางผ่านของกระแสไฟฟ้าไปยังขดลวดจะมีความเครียดลดลง จึงเป็นเหตุให้เข็มมิเตอร์แสดงคา่ กระแสไฟฟา้ ไม่ถูกต้องตามความเปน็ จรงิ ได้ ดังนั้นจึงมีการนาตัวต้านทานสแวพปิ้งมาต่ออนุกรมกับขดลวดเพื่อแก้ไขปัญหานี้ ซึ่งจะช่วยชดเชยคา่ ความต้านทานของขดลวดท่เี ปลยี่ นแปลงไปตามอณุ หภมู ไิ ด้ (ภาพที่ 43) ซึ่งตัวต้านทานสแวพปิ้งน้ันจะทาด้วยทองแดง (Cu) หรือแมงกานิน (Mn) ซึ่งมีสัมประสิทธ์ิต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิต่ามากจนเกือบเท่ากับศูนย์ ดังน้ันถ้าอุณหภูมิเพ่ิมขึ้นผลรวมของค่าความต้านทานของขดลวดกับตัวต้านทานสแวพปิ้งจะเปลี่ยนแปลงไปเพียงเล็กน้อยเท่าน้ัน ซึ่งเพียงพอต่อการชดเชยการเปลี่ยนแปลงของความเครียดของสปริงกน้ หอยและไมท่ าให้เขม็ มิเตอร์แสดงค่าปรมิ าณไฟฟ้าผดิ พลาด ตัวตา้ นทานสแวพป้ิง ความต้านทานขดลวด ภาพท่ี 43 การต่อตัวตา้ นทานสแวพป้ิงในวงจรขดลวดเคล่อื นที่ตวั อย่างท่ี 20. จงหาคา่ ความผิดพลาดของการวัดเมือ่ ความต้านทานขดลวดเปลี่ยนแปลงไป 3 Ω Rm 50 Ω Im 100 µA ภาพที่ 44 วงจรเมื่อยงั ไมม่ ตี ัวตา้ นทานสแวพปิ้งRsw 1200 Ω Rm 50 ΩIm 100 µA ภาพท่ี 45 วงจรเมื่อตอ่ ตวั ตา้ นทานสแวพปิ้ง

เอกสารประกอบการสอน วิชา เครอ่ื งมือวัดไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (70)ความผิดพลาด (ค่าจริง – ค่าที่วัดได้ ) × 100 % คา่ จรงิ = ( – ) × 100 % = ±6%ดงั นน้ั เมือ่ ค่าความต้านทานขดลวดเปลีย่ นแปลงไป 3 Ω จะทาให้เกดิ ความผิดพลากในการวดั ± 6 %ตวั อย่างท่ี 21. จงหาคา่ ความผิดพลาดของการวัดเม่อื ความตา้ นทานทัง้ หมดเปล่ียนแปลงไป 3 Ωความผิดพลาด (คา่ จรงิ – คา่ ที่วัดได้ ) × 100 % คา่ จริง = ( – ) × 100 % = 0.24 %ดงั น้ันเม่ือ ค่าความต้านทานทั้งหมดเปล่ียนแปลงไป 3 Ω จะทาใหเ้ กิดความผดิ พลาดในการวดั ± 0.24% แอมมิเตอรแ์ บบหลายย่านวัดแบบซงิ เกิลชน้ั ท์ แอมมิเตอร์หลายย่านวัดแบบซิงเกิลชั้นท์ (Single Shunt Type) นั้น จะใช้ตัวต้านทานช้ันท์แยกเป็นอิสระต่อกันในแต่ละย่านวัด และจะใช้สวิตช์เลือก (Selector Switch) ในการเปล่ียนย่านวัดแอมมิเตอร์ชนิดน้ีมีข้อดีคือออกแบบง่ายและเม่ือตัวต้านทานช้ันท์ในย่านใดเกิดความเสียหายก็จะไม่มีผลกระทบต่อย่านวัดอื่น ๆ แต่มีข้อเสียคือหากตัวต้านทานชั้นท์เกิดความเสียหายกระแสไฟฟ้าทั้งหมดจะไหลผ่านชุดขดลวดเคลื่อนที่ทาให้เกิดความเสียหายต่อเครื่องมือวัดได้ และขณะนาแอมมิเตอร์ไปวัดกระแสไฟฟ้าแล้วมีการเปลี่ยนย่านวัดกระทันหัน ชั่วขณะที่สวิตช์เลือกยังต่อไปไม่ถึงย่านวัดใหม่จะทาให้กระแสไฟฟ้าท้ังหมดไหลเข้าสู่ชุดขดลวดเคลื่อนท่ีจนเกิดความเสียหายได้ แต่ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้ด้วยการเลอื กใชส้ วติ ช์เลือกยา่ นวดั แบบตอ่ กอ่ นตัด (Make before Break Switch) (ภาพท่ี 46) วงจรสมมูลของแอมมิเตอรแ์ บบหลายย่านวดั แสดงดังภาพที่ 47 B C D EAภาพท่ี 46 สวิตช์เลือกย่านวดั แบบตอ่ กอ่ นตดั

(71) เอกสารประกอบการสอน วชิ า เครือ่ งมอื วัดไฟฟา้ และอเิ ล็กทรอนิกส์ Im Rm Is1 Rs1 Is2 Rs2 Is3 Rs3 C B D Is4I Rs4 E Aภาพที่ 47 วงจรสมมลู ของแอมมเิ ตอร์แบบหลายยา่ นวดัตวั อย่างท่ี 22. จงออกแบบแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงให้สามารถวัดกระแสไฟฟ้าได้หลายย่านวัดดังน้ี1) 25mA. 2) 100 mA. และ 3) 500 mAIm = 100 A Rm = 1,200 Is3 Rs3 Is2 Rs2 Is1 Rs1 500 mAI 100 mA 25 mA. จากวงจรแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบหลายย่านวัดนี้สามารถแยกการคานวณค่า Rs ในแต่ละยา่ นวัดไดจ้ ากสมการ Rs =ยา่ นวดั ท่ี 1 ท่กี ระแสไฟฟา้ 25 mA.แทนคา่ ในสมการ = ( )( )  Rs ( )( ) = 4.82ดังนัน้ จึงได้ค่าคา่ ต้านทานชนั้ ท์ Rs1 เท่ากับ 4.82 ตอบ

เอกสารประกอบการสอน วชิ า เครอื่ งมอื วดั ไฟฟา้ และอเิ ลก็ ทรอนิกส์ (72)ยา่ นวดั ที่ 2 ที่กระแสไฟฟ้า 100 mA.แทนคา่ ในสมการ = ( )( )  Rs ( )( ) = 1.20 ) )ดงั นัน้ จงึ ไดค้ ่าค่าตา้ นทานช้นั ท์ Rs2 เท่ากบั 1.20 ตอบ ตอบย่านวัดท่ี 3 ท่ีกระแสไฟฟา้ 500 mA.แทนค่าในสมการ = ( )(  Rs ( )( = 0.24ดงั นั้นจงึ ได้ค่าค่าต้านทานชน้ั ท์ Rs3 เทา่ กับ 0.24Im = 100 A Rm = 1,200  Is3 Rs3 = 0.24  Is2 Is1 Rs2 = 1.2 I Rs1 = 4.82  500 mA 100 mA 25 mA. A ภาพที่ 48 วงจรแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบหลายย่านวดั สเกลของแอมมิเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรงแบบหลายย่านวัด เนื่องจากแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบหลายย่านวัดน้ันยังประยุกต์ใช้ชุดขดลวดเคลื่อนท่ีแบบดาร์สันวัล จึงยังมีลักษณะของสเกลเป็นแบบเชิงเส้นเช่นเดียวกับสเกลของแอมมิเตอร์แบบย่านวัดเดียวเพียงแต่เพิ่มตัวเลขกากับสเกลของแต่ละย่านวัดข้ึนมาเท่าน้ันภาพที่ 49 ซึ่งแสดงสเกลของแอมมิเตอร์ที่ออกแบบไว้ตามตัวอย่างท่ี 22 ซ่ึงสามารถวัดค่ากระแสไฟฟ้าได้ 3 ย่านวัด คือ 25 mA, 100 mA และ 500mA เป็นต้น

(73) เอกสารประกอบการสอน วิชา เคร่ืองมือวัดไฟฟา้ และอเิ ล็กทรอนกิ ส์ 12.5 25500 ภาพที่ 49 สเกลของแอมมิเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรงแบบหลายยา่ นวัด ลกั ษณะของสเกลของแอมมิเตอรถ์ กู แบ่งออกเป็น 10 ช่องย่อย ดังนั้นที่ย่านวัด 25 mA นี้ในแต่ละช่องจึงมีค่ากระแสไฟฟ้าช่องละ 2.5 mA ที่ย่านวัด 100 mA แต่ละช่องจึงมีค่าช่องละ 10 mA และท่ีย่านวดั 500 mA แตล่ ะช่องจึงมคี า่ ชอ่ งละ 50 mAแอมมิเตอรไ์ ฟฟา้ กระแสสลบั โครงสร้างของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับจะประยุกต์ใช้ชุดขดลวดเคลื่อนท่ีแบบดาร์สันวัลเช่นเดียวกับแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ดังน้ันการใช้งานจึงต้องต่ออนุกรมกับวงจรที่ต้องการวัดหรืออนุกรมกับอุปกรณ์ไฟฟ้าท่ีจะวัดเหมือนแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงทุกประการเพียงแต่การใช้งานไม่ต้องคานงึ ถึงข้วั ของกระแสไฟฟ้าเหมือนกับแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ส่วนปริมาณกระแสไฟฟ้าที่วัดได้จะเป็นคา่ เฉลี่ยกาลงั สอง หรือ ค่า อาร์เอ็มเอส (RMS : Root Mean Square) ของค่าไฟฟ้ากระแสสลับ ภาพท่ี 50แสดงสัญลักษณ์ของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งจะต่างจากแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงคือไม่มีเคร่ืองหมายแสดงขวั้ ไฟฟา้ หรือมี  อยู่ใตต้ ัว A A A ภาพที่ 50 สัญลักษณข์ องแอมมเิ ตอรไ์ ฟฟา้ กระแสสลบั โครงสรา้ งของแอมมเิ ตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ เน่ืองจากชุดขดลวดเคล่ือนท่ีแบบดาร์สันวัลน้ันใช้วัดปริมาณไฟฟ้ากระแสตรง ดังนั้นการดัดแปลงเป็นแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับจึงต้องผ่านกระบวนการแปลงไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงกอ่ นดว้ ยวงจรเรียงกระแส (Regtifier) ดังภาพที่ 51 ไฟฟ้ากระแสตรง (IDC ) ท่ีผ่านกระบวนการเรียงกระแสน้ันจะมีค่าไม่เทา่ กบั คา่ ของไฟฟ้ากระแสสลบั (IAC ) ดงั นนั้ จงึ ตอ้ งมกี ระบวนการปรับแต่งสเกลของแอมมิเตอร์ไฟฟา้ กระแสสลับเพอื่ ใหแ้ สดงปริมาณกระแสไฟฟา้ ไดอ้ ย่างถูกตอ้ ง

เอกสารประกอบการสอน วิชา เครอื่ งมือวดั ไฟฟา้ และอิเล็กทรอนิกส์ (74)IAC IDC Im Rm วงจรเรียง กระแส Rs ภาพท่ี 51 โครงสร้างของแอมมิเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสสลับเมื่อไฟฟ้ากระแสสลับได้รับการแปลงให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง (ภาพที่ 52) จะทาให้ปริมาณของกระแสไฟฟ้าทั้งสองมีค่าไม่เท่ากัน ซ่ึงจากการแปลงด้วยวงจรเรียงกระแสจะได้ความสัมพันธ์ของกระแสไฟฟา้ ท้งั สองดงั นี้วงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลนื่ IAC = 1.11 × IDC (4.5)หรอื IDC = IAC / 1.11 (4.6)เมื่อ IAC คือ กระแสไฟฟ้าสลบั IDC คือ กระแสไฟฟา้ ตรง IDCIAC ภาพท่ี 52 วงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คล่ืน IAC IDC I RAC mm Is Rs ภาพที่ 53 วงจรเสมอื นของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลบัเมอ่ื พิจารณาภาพที่ 53 พบว่า IDC = IAC / 1.11เมอ่ื พจิ ารณาจากกฏกระแสไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ (Kirchoff current’s Law) จะพบว่า