PART2전류,전압,저항 측정기의 원리
실험 2 :전류계 및 전류 측정 (DC CURRENT METER)
이론
분류기
분류기(Shunt)는 전류계에 병렬로 접속시켜서 전류의 측정범위를 넓히기 위해 사용하는 일종의 저항기를 말한다. 예를 들어, 1mA까지 측정할 수 있는 전류계를 이용하여 100mA까지 측정범위를 확대시키려고 할 때, 100mA의 전류 중 전류계로는 1mA의 전류가, 분류기로는 나머지 99mA의 전류가 흐르게 하면 된다. 그림 2-5에서 분류기 RS를 사용하여 전류의 측정범위를 확대시키려고 할 때 전류계의 내부 저항을 Rm이라 하고, Rm, RS에 흐르는 전류를 각각 Im, IS라 하자. 측정하려는 전류가 Current Meter(측정기)자체의 FS(Full Scale : 최대눈금) 전류의 N배일 경우 분류기 저항 RS의 계산법은 다음과 같다. 우선 Em을 Meter의 FS 입력전압이라 하면 Rm, RS,에 흐르는 전류 Im, IS는 각각 Im=Em/Rm,, IS=Em/RS으로 표현할 수 있다. 따라서 RS를 병렬로 연결하여 측정할 수 있는 회로의 전류는 전류계만 연결했을 경우의 N배가 된다.
위 식에서 측정하고자 하는 전류값이 Im의 N배인 경우 분류기의 저항 RS는 다음과 같다.
이와 같이, Meter의 최대측정범위(FS 감도)와 내부저항을 알게 되면 측정하고자 하는 전류의 Range에 따라 분류기(Shunt)를 설계할 수 있다.
[예제 2-3]
내부저항(Rm)이 1kΩ이고 1mA의 측정범위를 갖는 전류계로 1A를 측정하려 한다면 이때 분류기의 저항값은 얼마인가?
전류계
일반적으로 전류계는 Meter와 그리고 Meter에 병렬로 연결되는 분류기로 구성되어 있다. 이런 경우 보통 Meter의 감도는 50A～1mA(FS)의 것으로 이들의 내부 저항은 대개 100～1kΩ 정도이다.(같은 전류 감도에서는 Rm이 적을수록 좋음.) 또한 대전류(10A 이상)측정에 사용되는 분류기는 그 분류기의 용량(A)과 함께 Meter의 연결을 위한 분류기의 출력전압을 표시하고 있다. 그림 2-5를 보면서 전류계의 동작 원리를 알아보자. 입력전류를 IT, 전류계를 흐르는 전류를 Im, 분류기를 흐르는 전류를 IS라 할 때 IT = Im + IS이다. 그리고 전류계의 내부저항을 Rm, 분류기의 저항값을 RS라 하면 Im 및 IS는 다음과 같은 관계식을 갖게 된다.
그러므로 전류계는 Im 값을 지시하며 Range의 배율을 곱함으로서 실제 측정 전류를 얻을 수 있다.
[ 예제 2-4 ]
Range를 100mA로 설정하고 는 10.1Ω일 경우 입력전류가 각각 100mA와 50mA일 때 Im, Is 그리고 실제 흐르는 전류( IT)의 값을 계산하시오. (단, Im : 전류계로 흐르는 전류, Is : 분류기로 흐르는 전류)
실험 과정
1. M-02의 회로-3에 주어진 회로를 이용하여 먼저, 회로-3의 3q과 3r에 회로-2(Meter)의 2a와 2c를 각각 연결시킨 후 실험에 따라 그림 2-6의 (a)-(c)와 같이 회로를 연결한다. 회로 (a)는 3k-3o, 회로 (b)는 3j-3n, 회로 (c)는 3i-3m를 연결하고 3f와 3g사이에 별도의 전류계를 연결한다. (회로-2의 2a-2b를 단락하여 Rm을로 한다)
림 2-6의 각 회로에 대하여 shunt 전류()와 Meter 전류(A)를 측정하고, 이들로부터 회로에 흐르는 전류를 표2-3의 해당란에 기록하라. (주의 : 측정시 외부 전류계의 측정 Range는 될 수 있는 한 최대로 한다. 즉, 낮은 Range일수록 내부저항은 커져 회로 임피던스를 변화시킨다. 따라서 올바른 측정이 되지 못함
3. 각 레인지에 대하여 FS가 1mA를 가리킬 때의 분류기 저항을 측정하여 표 2-4에 기록하라. Meter FS는 1mA이다. (단, 회로-2의 2a-2b는 단락시킨다.)
tab1실험 2-2.1 M-02의 Circuit-3, 2에서 그림 2-7과 같이 회로를 구성한다.
1.결선 방법(M-02의 Circuit-3, 2)
(a) 회로 결선
1.회로결선
Circuit-3의 3a 단자와 3b 단자 간을 황색선으로 결선한다.
2.전원 연결
Variable Power에 com 단자와 Circuit-3의 0~10V 입력의 3e(-) 단자를 흑색선으로 연결한다.
Variable Power에 V1 단자와 Circuit-3의 3d(+) 단자를 적색선으로 연결한다.
3.V, A, Ω indicator 연결(Analog meter 사용시)
Circuit-3의 3q 단자와 Circuit 2의 2a 단자를 적색선으로, 3r 단자와 Circuit 2의 2c 단자를 흑색선으로 연결한다.
4.전압계 연결
Circuit-3의 3d 단자와 전면 패널 Signal Input의 A+ 단자를 적색선으로, 3e(-) 단자와 전면 패널 Signal Input의 A- 단자를 흑색선으로 연결한다.
5.전류계 연결
Circuit-3의 3f 단자와 전면 패널 Multimeter의 mA/A 단자를 적색선으로, 3g(-) 단자와 전면 패널 Multimeter의 Low 단자를 흑색선으로 연결한다.
(b) 회로 결선
1.회로결선
Circuit-3의 3a 단자와 3b 단자 간, 3j 단자와 3n 단자 간을 황색선으로 결선한다.
2.전원 연결
Variable Power에 com 단자와 Circuit-3의 0~10V 입력의 3e(-) 단자를 흑색선으로 연결하고, V1 단자와 Circuit-3의 3c 단자를 적색선으로 연결한다.
3.V, A, Ω indicator 연결, 전압계 연결 및 전류계 연결은 [(a) 회로 결선] 3), 4), 5)와 같다.
(c) 회로 결선
1.회로결선
Circuit-3의 3a 단자와 3b 단자 간, 3i 단자와 3m 단자 간을 황색선으로 결선한다.
2.전원 연결
Variable Power에 com 단자와 Circuit-3의 0~10V 입력의 3e(-) 단자를 흑색선으로 연결하고, V1 단자와 Circuit-3의 3c 단자를 적색선으로 연결한다.
3.V, A, Ω indicator 연결, 전압계 연결 및 전류계 연결은 [(a) 회로 결선] 3), 4), 5)와 같다.
2.결선도
(a) 회로 결선
flash
(b) 회로 결선
flash
(c) 회로 결선
flash
3.측정방법
(a) 회로 측정
- 1Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서 variable power 를 선택한다.
- 23 CH DC 탭을 선택하고, DC Voltage V1에서 를 클릭하여 2V를 설정한 후 을 클릭하면 DC 2V의 출력이 회로에 입력된다.
- 3좌측 메뉴에서 analog input 을 선택한 후 Volt & Ampere Meter의 CH A의 측정 전압을 확인한다.
메인 창에 Volt & Ampere Meter 탭을 선택하고, CH A의 를 클릭하고 Function에서 및 를 클릭한다.
낮은 출력전압과 측정값은 약간의 오차가 있을 수 있다.
- 4V, A, Ω indicator의 지시가 FS가 1mA를 지시하는지 확인한다.
(b) 회로 측정
- 1결선방법에서 [(b) 회로 결선]과 같이 결선한다.
- 2Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서 variable power 를 선택한다.
- 33 CH DC 탭을 선택하고, DC Voltage V1에서 를 클릭하여 2V를 설정한 후 을 클릭하면 DC 2V의 출력이 회로에 입력된다.
- 4좌측 메뉴에서 analog input 을 선택한 후 Volt & Ampere Meter의 CH A의 측정 전압을 확인한다.
메인 창에 Volt & Ampere Meter 탭을 선택하고, CH A의 를 클릭하고 Function에서 및 를 클릭한다.
낮은 출력전압과 측정값은 약간의 오차가 있을 수 있다.
- 5Touch LCD 창 좌측 메뉴에서dmm 을 클릭하면 Digital Multi Meter 창이 나타나며 이때 를 클릭하여 측정된 Shunt 전류(Is)와 V, A, Ω indicator의 지시값을 표 2-3의 해당란에 기록한다.
- 6분류기 저항 측정 방법
variable power 화면에서 을 클릭하여 DC 2V의 출력을 차단하고, Circuit-3의 3c, 3e에 연결된 전원선을 제거한다. 또한 단자 3j와 3n 간에 연결된 황색선도 제거한다.
Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서dmm 을 선택한다.
Digital Multi Meter 창에서 클릭하고, Circuit-3의 단자 3n을 전면 패널의 Multimeter High 단자에 연결하고, 단자 3p와 전면 패널의 Multimeter Low 단자에 연결하여 측정된 분류기의 저항값을 측정하여 표 2-4에 기록한다.
(c) 회로 측정
- 1결선방법에서 [(b) 회로 결선]과 같이 결선한다.
- 2Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서 variable power 를 선택한다.
- 33 CH DC 탭을 선택하고, DC Voltage V1에서 를 클릭하여 11V를 설정한 후 을 클릭하면 DC 11V의 출력이 회로에 입력된다.
- 4좌측 메뉴에서 analog input 을 선택한 후 Volt & Ampere Meter의 CH A의 측정 전압을 확인한다.
메인 창에 Volt & Ampere Meter 탭을 선택하고, CH A의 를 클릭하고 Function에서 및 를 클릭한다.
- 5Touch LCD 창 좌측 메뉴에서 dmm 을 클릭하면 Digital Multi Meter 창이 나타나며 이때 를 클릭하여 측정된 Shunt 전류(Is)와 V, A, Ω indicator의 지시값을 표 2-3의 해당란에 기록한다.
- 6분류기 저항 측정 방법
variable power화면에서 클릭하여 DC 2V의 출력을 차단하고, Circuit-3의 3c, 3e에 연결된 전원선을 제거한다. 또한 단자 3i와 3m간에 연결된 황색선도 제거한다.
Touch LCD 패널에서 좌측 메뉴에서dmm 을 선택한다.
Digital Multi Meter 창에서 클릭하고, Circuit-3의 단자 3m을 전면 패널의 Multimeter High 단자에 연결하고, 단자 3p와 전면 패널의 Multimeter Low 단자에 연결하여 측정된 분류기의 저항값을 측정하여 표 2-4에 기록한다.