PART2전류,전압,저항 측정기의 원리
목적
전압계, 전류계, 그리고 저항계 각각의 측정원리를 실험을 통해 이해하고 전류, 전압계의 설계 및 측정시 발생하는 오차에 대해 알아본다.
실험 1 :전압계 및 전압 측정 (DC Volt-meter)
이론
배율기
배율기(Multiplier)는 전압계에 직렬로 접속시켜서 전압의 측정범위를 넓히기 위해 사용하는 일종의 저항기를 말한다. 예를 들어, 1V의 전압을 측정할 수 있는 전압계로 100V를 측정하려고 할 때 99V의 전압을 흡수하여 전압계에는 1V의 전압강하만 발생하도록 만들어주는 분압기가 있으면 100V의 측정이 가능해진다. 그림 2-2에서 RM을 배율기의 저항, Rm을 전압계의 내부저항, 전압계 FS(Full Scale : 최대눈금, 즉 최대 측정한계)를 E1이라 할 때, 측정하고자 하는 전압이 FS 입력전압의 N배일 경우, 이를 측정하기 위해 필요한 배율기 저항 RM의 계산법은 다음과 같다. 우선 Rm과 RM에 걸리는 전압Vm VM은 각각 VM=IRM,VM=IRM으로 표현할 수 있다. 따라서 RM을 직렬로 연결하여 측정할 수 있는 회로의 전압은 전압계만 연결했을 경우의 N배가 된다. 따라서,
위 식에서 측정하고자 하는 전압값이 Vm의 N배인 경우 배율기의 저항 RM은 RM=(N-1)Rm이 된다. 이와 같이 Meter의 최대측정범위(혹은 FS 감도)와 내부저항을 알게 되면 측정전압의 Range에 따라 배율기를 설계할 수 있다.
[예제 2-1]
내부저항(Rm)이이고 FS가 1mA인 전압계로 10V를 측정하고자 한다면, 회로의 배율기 RM은 얼마인가?
전압계
대개의 전압계는 그림 2-3에서처럼 Current Meter와 이에 직렬로 연결된 배율저항으로 구성되어 있다. 일반적으로 DC전압계의 경우 Current Meter 자체의 FS(Full Scale) 감도는 50A로부터 1mA의 것이 많이 사용되며 이들의 내부저항은 대개 100Ω ~ 1kΩ이다. 입력전압 VT, 전압계의 전압을 V1, 배율기 양단 전압을 V2라 할 때 VT=V1 + V2이다. 그리고 전압계의 내부저항을 Rm, 배율기의 저항값을 RM라 하면 V1 및 V2는 다음과 같은 관계식을 갖게 된다.
그러므로 전압계가 V1값을 지시하면 실제 측정전압은 측정범위의 배율을 곱함으로써 얻을 수 있다.
[예제 2-2]
Range를 5V로 설정하고 RM은 4kΩ일 경우 입력전압이 각각 5V와 2.5V일 때 V1, V2 그리고 실제 전압 VT의 값을 계산하시오.(단, V1 : 전압계 양단 전압, V2 : 배율기 양단 전압)
실험 과정
1. M-02의 회로-1에서 Meter를 위한 단자인 1o와 1p은 회로-2(Meter)의 2a와 2c에 각각 연결하고 각 레인지에 대하여 FS가 1mA를 가리킬 때의 배율기의 저항을 측정하여 표 2-1에 기록하라. Meter의 FS는 1mA이다. (단, 회로-2의 2a-2c는 단락시킨다.)
tab1실험 2-1.1 M-02의 Circuit-1,2에서 그림 2-4과 같이 회로를 구성한다.
1.결선 방법(M-02의 Circuit-1)
1.회로결선
Circuit-1의 1k 단자와 1f 단자 간을 황색선으로 결선한다.
2.전원 연결
Variable Power에 com 단자와 Circuit-1의 0~10V 입력의 1b(-) 단자를 흑색선으로 연결한다.
Variable Power에 V1 단자와 Circuit-1의 0~10V 입력의 1a(+) 단자를 적색선으로 연결한다.
3.V, A, Ω indicator 연결(Analog meter 사용시)
Circuit-1의 Io 단자와 Circuit 2의 2a 단자를 적색선으로 연결한다.
Circuit-1의 Ip 단자와 Circuit 2의 2c 단자를 흑색선으로 연결한다
4.전압계 연결
Circuit-1의 0~10V 입력의 (+) 단자와 전면 패널 Signal Input의 A+ 단자를 적색선으로 연결한다.
Circuit-1의 0~10V 입력의 (-) 단자와 전면 패널 Signal Input의 A- 단자를 흑색선으로 연결한다.
2.결선도
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3.측정방법
1.5V 레인지 배율저항 R1 측정
- 1Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서variable power 를 선택한다.
- 23 CH DC 탭을 선택하고, DC Voltage V1에서 를 클릭하여 1.5V를 설정한다.
- 3을 클릭하면 다음 화면과 같으며, DC 1.5V의 출력이 회로에 입력된다.
- 4좌측 메뉴에서analog input 을 선택한다
- 5메인 창에 Volt & Ampere Meter 탭을 선택하면 아래 그림과 같다.
CH A는 를 클릭하고 Function에서 및 를 클릭한다.
낮은 출력전압과 측정값은 약간의 오차가 있을 수 있다.
- 6V, A, Ω indicator의 지시가 FS가 1mA를 지시하는지 확인한다.
- 7배율기 저항 측정 방법
variable power화면에서 을 클릭하여 DC 1.5V의 출력을 차단하고, Circuit-1의 1a, 1b에 연결된 전원선을 제거한다.
Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서 dmm을 선택한다.
Digital Multi Meter 창에서 클릭하고, Circuit-1의 단자 1c를 전면 패널의 Multimeter High 단자에 연결하고, 단자 1f 와 전면 패널의 Multimeter Low 단자에 연결하여 측정된 배율기의 저항 R1값을 측정하여 표 2-1에 기록한다.
4.결선도
5V 레인지 배율저항 R1+R2 측정
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- 1회로결선
Circuit-1의 1f 단자와 1k 단자 간에 연결된 것을 제거하고, 1g 단자와 1l 단자 간을 황색선으로 결선한다.
전면 패널의 Multimeter High, Low 단자에 Circuit-1으로 연결된 선을 제거한다.
- 2Circuit-1의 1a, 1b에 전원선을 다시 결선한 다음 Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서 variable power 를 선택한다.
- 33 CH DC 탭을 선택하고, DC Voltage V1에서 를 클릭하여 5V로 설정한 다음 을 클릭한다.
- 4<1.5V 레인지 배율저항 R1 측정>의 4), 5), 6) 과정을 수행한다.
- 5배율기 저항 측정 방법
variable power화면에서 을 클릭하여 DC 5V의 출력을 차단하고, Circuit-1의 1a, 1b에 연결된 전원선을 제거한다.
Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서dmm을 선택한다.
Digital Multi Meter 창에서 클릭하고, Circuit-1의 단자 1c를 전면 패널의 Multimeter High 단자에 연결하고, 단자 1g와 전면 패널의 Multimeter Low 단자에 연결하여 측정된 배율기의 저항 R1+R2 값을 측정하여 표 2-1에 기록한다.
5.결선도
15V 레인지 배율저항 R1+R2+R3 측정
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- 1회로결선
Circuit-1의 1g 단자와 1l 단자 간에 연결된 것을 제거하고, 1h 단자와 1m 단자 간을 황색선으로 결선한다.
전면 패널의 Multimeter High, Low 단자에 Circuit-1으로 연결된 선을 제거한다.
- 2Circuit-1의 1a, 1b에 전원선을 다시 결선한 다음 Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서 variable power 를 선택한다.
- 33 CH DC 탭을 선택하고, DC Voltage V1에서 를 클릭하여 15V로 설정한 다음 을 클릭한다.
- 4<1.5V 레인지 배율저항 R1 측정> 의 4), 5), 6) 과정을 수행한다.
- 5배율기 저항 측정 방법
variable power화면에서 을 클릭하여 DC 15V의 출력을 차단하고, Circuit-1의 1a, 1b에 연결된 전원선을 제거한다.
Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서 dmm을 선택한다.
Digital Multi Meter 창에서 클릭하고, Circuit-1의 단자 1c를 전면 패널의 Multimeter High 단자에 연결하고, 단자 1h와 전면 패널의 Multimeter Low 단자에 연결하여 측정된 배율기의 저항 R1+R2+R3 값을 측정하여 표 2-1에 기록한다.
6.결선도
50V 레인지 배율저항 R1+R2+R3+R4 측정
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실험 2-1.2 M-02의 Circuit-1,2에서 그림 2-4와 같이 회로를 구성한 후 각 레인지에 대하여 입력 전압을 1V, 3V, 10V, 12V를 인가했을 때의 Meter에 흐르는 전류를 측정하기
1.결선 방법
Circuit-1의 1k 단자와 1f 단자 간을 황색선으로 결선한다.
전원 연결, V, A, Ω indicator 연결 및 전압계 연결은 실험 2-1과 같다.
2.측정방법
1.5V 레인지에 1V를 인가했을 때 전류 측정
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- 1Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서 variable power를 선택한다.
- 23 CH DC 탭을 선택하고, DC Voltage V1에서 를 클릭하여 1V를 설정한 후 을 클릭하면 DC 1.5V의 출력이 회로에 입력된다.
- 3좌측 메뉴에서 analog input 을 선택한 후 Volt & Ampere Meter의 CH A에서 를 클릭하고 Function에서 및 를 클릭한다.
낮은 출력전압과 측정값은 약간의 오차가 있을 수 있다
- 4V, A, Ω indicator의 지시값을 표 2-2에 기록한 후, 1f 단자를 1g, 1h, 1i로 옮기면서 측정된 전류를 기입한다.
5V 레인지에 3V를 인가했을 때 전류 측정
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- 1회로결선
Circuit-1의 1f 단자와 1k 단자 간에 연결된 것을 제거하고, 1g 단자와 1l 단자 간을 황색선으로 결선한다.
- 2Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서variable power 를 선택한다.
- 33 CH DC 탭을 선택하고, DC Voltage V1에서 를 클릭하여 3V를 설정한 후 을 클릭하면 DC 3V의 출력이 회로에 입력된다.
- 4좌측 메뉴에서 analog input 을 선택한 후 Volt & Ampere Meter CH A의 측정 전압을 확인한다.
- 5V, A, Ω indicator의 지시값을 표 2-2에 기록한 후, 1g 단자를 1h, 1i로 옮기면서 측정된 전류를 기입한다.
15V 레인지에 10V를 인가했을 때 전류 측정
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- 1회로결선
Circuit-1의 1g 단자와 1l 단자 간에 연결된 것을 제거하고, 1h 단자와 1m 단자 간을 황색선으로 결선한다.
- 2Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서 variable power 를 선택한다.
- 33 CH DC 탭을 선택하고, DC Voltage V1에서 를 클릭하여 10V를 설정한 후 을 클릭하면 DC 10V의 출력이 회로에 입력된다.
- 4좌측 메뉴에서 analog input 을 선택한 후 Volt & Ampere Meter CH A의 측정 전압을 확인한다.
- 5V, A, Ω indicator의 지시값을 표 2-2에 기록한 후, 1h 단자를 1i로 옮겨서 측정된 전류를 기입한다.
50V 레인지에 12V를 인가했을 때 전류 측정
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- 1회로결선
Circuit-1의 1h 단자와 1m 단자 간에 연결된 것을 제거하고, 1i 단자와 1n 단자 간을 황색선으로 결선한다.
- 2Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서 variable power 를 선택한다.
- 33 CH DC 탭을 선택하고, DC Voltage V1에서 를 클릭하여 12V를 설정한 후 을 클릭하면 DC 12V의 출력이 회로에 입력된다.
- 4좌측 메뉴에서 analog input 을 선택한 후 Volt & Ampere Meter CH A의 측정 전압을 확인한다.
- 5V, A, Ω indicator의 지시값을 표 2-2에 기록한 후, 1i 단자를 1h 로 옮겨서 측정된 전류를 기입한다.