전류계 디자인

전류계는 전류를 측정합니다.

전류를 측정하도록 설계된 미터는 측정 단위가 "암페어"이기 때문에 일반적으로 "전류계"라고 불립니다.

전류계 설계에서 이동의 사용 가능한 범위를 확장하기 위해 추가된 외부 저항은 병렬로 연결됩니다. 전압계의 경우와 같이 직렬이 아닌 움직임과 함께. 측정된 전압이 아닌 측정된 전류를 분주하여 이동시키고자 하는 것이고, 전류분할 회로는 항상 병렬저항으로 구성되기 때문입니다.

전류계 설계

전압계의 예와 동일한 미터 이동을 취하면 1mA에서만 전체 규모 편향이 발생하는 매우 제한된 기기를 자체적으로 만들 수 있음을 알 수 있습니다.

미터 무브먼트의 전압 측정 기능을 확장하는 경우와 마찬가지로 확장된 전류 범위에 대해 다르게 읽도록 무브먼트의 눈금에 해당하는 레이블을 다시 지정해야 합니다. 예를 들어, 이전과 동일한 미터 이동을 사용하여 5A의 전체 범위를 갖도록 전류계를 설계하려는 경우(1mA의 고유한 전체 범위 범위를 가짐), 움직임의 레이블을 다시 지정해야 합니다. 이전과 같이 0mA ~ 1mA가 아니라 맨 왼쪽에서 0A와 맨 오른쪽에서 5A를 읽도록 눈금을 조정합니다.

병렬 연결된 저항이 제공하는 확장된 범위가 무엇이든 간에 미터 이동면에 그래픽으로 표시해야 합니다.

샘플 이동을 위한 확장된 범위로 5A를 사용하여 대부분의 전류를 "분로"하거나 바이패스하는 데 필요한 병렬 저항의 양을 결정하여 총 5A의 전류로 1mA만 이동하도록 합니다.

이동 전류, 이동 저항 및 총 회로(측정) 전류의 주어진 값에서 미터 이동에 걸친 전압을 결정할 수 있습니다(중앙 열에 적용된 옴의 법칙, E=IR).

무브먼트와 션트에 의해 형성된 회로가 병렬 구성이라는 것을 알고 있으므로 무브먼트, 션트 및 테스트 리드(총)의 전압이 같아야 함을 알 수 있습니다.

또한 분기 전류가 병렬 구성에 추가되기 때문에 분로를 통과하는 전류는 총 전류(5A)와 이동을 통과하는 전류(1mA)의 차이여야 한다는 것도 알고 있습니다.

그런 다음 오른쪽 열의 옴의 법칙(R=E/I)을 사용하여 필요한 션트 저항을 결정할 수 있습니다.

물론 총 저항(R=E/I, 정확히 0.5볼트/5암페어 =100mΩ)을 계산하여 션트에 대해 100밀리옴(100mΩ)이 조금 넘는 동일한 값을 계산한 다음 병렬 작업을 수행할 수 있습니다. 저항 공식을 거꾸로 썼지만 산술이 더 어려웠을 것입니다.

실제 디자인의 전류계

실제 생활에서 전류계의 션트 저항은 일반적으로 보이지 않는 미터 장치의 보호 금속 하우징 안에 들어 있습니다. 다음 사진에서 전류계의 구조에 유의하십시오.

이 특정 전류계는 Stewart-Warner에서 제조한 자동차 장치입니다. D' Arsonval 미터 무브먼트 자체는 아마도 밀리암페어 범위의 전체 스케일 등급을 가질 수 있지만 미터는 전체적으로 +/- 60 암페어의 범위를 갖습니다. 이 높은 전류 범위를 제공하는 션트 저항기는 미터의 금속 하우징 내에 포함되어 있습니다.

또한 이 특정 미터의 경우 바늘이 0 암페어를 중심으로 하고 "양" 전류 또는 "음" 전류를 나타낼 수 있다는 점에 유의하십시오. 자동차의 배터리 충전 회로에 연결되어 충전 상태(발전기에서 배터리로 흐르는 전류) 또는 방전 상태(배터리에서 자동차의 나머지 부하로 흐르는 전류)를 표시할 수 있습니다.

전류계의 가용 범위 증가

다중 범위 전압계의 경우와 마찬가지로 전류계는 다중 극 스위치로 전환되는 여러 션트 저항기를 통합하여 둘 이상의 사용 가능한 범위를 제공할 수 있습니다.

범위 저항은 전압계 설계에서와 같이 직렬이 아니라 미터 이동과 병렬로 스위치를 통해 연결됩니다. 물론 5위치 스위치는 한 번에 하나의 저항에만 접촉합니다. 각 저항기는 미터 이동의 특정 정격(1mA, 500Ω)에 따라 다른 전체 범위에 맞게 크기가 조정됩니다.

이러한 측정기 설계에서 각 저항 값은 알려진 총 전류, 이동 전체 범위 편향 등급 및 이동 저항을 사용하여 동일한 기술로 결정됩니다. 범위가 100mA, 1A, 10A 및 100A인 전류계의 경우 션트 저항은 다음과 같습니다.

이러한 션트 저항 값은 매우 낮습니다! 5.00005mΩ은 5.00005밀리옴 또는 0.00500005옴입니다! 이러한 낮은 저항을 달성하기 위해 전류계 션트 저항기는 종종 상대적으로 큰 직경의 와이어 또는 단단한 금속 조각으로 주문 제작해야 합니다.

전류계 션트 저항의 크기를 결정할 때 알아야 할 한 가지는 전력 손실 요인입니다. 전압계와 달리 전류계의 범위 저항은 많은 양의 전류를 전달해야 합니다. 이러한 션트 저항의 크기가 적절하지 않으면 과열되어 손상을 입거나 과열로 인해 최소한 정확도가 손실될 수 있습니다. 위의 예시 미터의 경우 전체 범위 표시에서 전력 손실은 다음과 같습니다(이중 구불구불한 선은 수학에서 "거의 같음"을 나타냄).

1/8 와트 저항은 R₄에서 잘 작동합니다. , R₃에는 1/2와트 저항으로 충분합니다. R₂의 경우 5와트 (저항은 정격 전력 손실 근처에서 작동하지 않으면 장기 정확도를 더 잘 유지하는 경향이 있으므로 저항 R₂을 과대 평가하는 것이 좋습니다. 및 R₃ ), 그러나 정밀한 50와트 저항기는 실제로 드물고 값 비싼 부품입니다. 금속 스톡 또는 두꺼운 와이어로 만든 맞춤형 저항기는 R₁용으로 구성해야 할 수 있습니다. 낮은 저항과 높은 정격 전력의 요구 사항을 모두 충족합니다.

때때로 션트 저항은 전류를 측정하기 위해 입력 저항이 높은 전압계와 함께 사용됩니다. 이러한 경우 전압계 이동을 통한 전류는 무시할 수 있을 만큼 충분히 작으며 션트 저항은 전류의 암페어당 생성되는 강하의 볼트 또는 밀리볼트에 따라 크기가 지정될 수 있습니다.

예를 들어 위의 회로에서 션트 저항의 크기가 정확히 1Ω인 경우 통과하는 전류의 모든 암페어에 대해 1볼트가 떨어집니다. 전압계 표시는 션트를 통한 전류의 직접적인 표시로 간주될 수 있습니다.

매우 작은 전류를 측정하기 위해 더 높은 값의 션트 저항을 사용하여 주어진 전류 단위당 더 많은 전압 강하를 생성할 수 있으므로 (볼트) 미터의 사용 가능한 범위를 더 적은 양의 전류로 확장할 수 있습니다. 전류 측정을 위해 낮은 값의 션트 저항과 함께 전압계를 사용하는 것은 산업 응용 분야에서 흔히 볼 수 있는 것입니다.

전류계 대신 션트 저항과 전압계 사용

전류를 측정하기 위해 전압계와 함께 션트 저항을 사용하는 것은 회로에서 빈번한 전류 측정 작업을 단순화하는 데 유용한 트릭이 될 수 있습니다. 일반적으로 전류계가 있는 회로를 통해 전류를 측정하려면 다음과 같이 회로가 끊어지고(중단) 전류계가 분리된 와이어 끝 사이에 삽입되어야 합니다.

전류를 자주 측정해야 하는 회로가 있거나 전류 측정 프로세스를 보다 편리하게 만들고 싶다면 션트 저항을 해당 지점 사이에 놓고 영구적으로 남겨둘 수 있습니다. 필요에 따라 전압계로 전류 판독값을 취합니다. 회로의 연속성을 방해하지 않고:

물론 회로의 정상 작동에 부정적인 영향을 미치지 않도록 션트 저항의 크기를 충분히 낮게 조정하는 데 주의를 기울여야 하지만 일반적으로 그렇게 하는 것은 어렵지 않습니다. 이 기술은 컴퓨터 회로 분석에서도 유용할 수 있습니다. 여기서 컴퓨터는 전압 측면에서 회로를 통해 전류를 표시할 수 있습니다(SPICE를 사용하면 음의 전류 값을 읽는 특이성을 피할 수 있음).

분로 저항기 예시 회로 v1 1 0 rshunt 1 2 1 rload 2 0 15k .dc v1 12 12 1 .print dc v(1,2) .end 

v1 v(1,2) 1.200E+01 7.999E-04 

션트 저항기(SPICE 시뮬레이션에서 회로 노드 1과 2 사이)의 전압 판독값을 7.999E-04가 0.7999mA 또는 799.9μA인 암페어로 직접 해석합니다. 이상적으로는 15kΩ에 직접 12볼트를 인가하면 정확히 0.8mA가 제공되지만 션트의 저항은 실제 생활에서와 같이 전류를 약간만 줄입니다.

그러나 이러한 작은 오류는 일반적으로 시뮬레이션이나 실제 회로에 대해 허용 가능한 정확도 한계 내에 있으므로 션트 저항기는 정확한 전류 측정을 위해 가장 까다로운 애플리케이션을 제외한 모든 애플리케이션에서 사용할 수 있습니다.

검토:

<울>

전류계 범위는 병렬 "분로" 저항을 이동 회로에 추가하여 정확한 전류 분할을 제공하여 생성됩니다.

분로 저항기는 높은 전력 손실을 가질 수 있으므로 이러한 미터용 부품을 선택할 때 주의하십시오!

분로 저항기는 고저항 전압계 및 저저항 전류계 동작과 함께 사용하여 주어진 전류량에 대해 정확한 전압 강하를 생성할 수 있습니다. 션트 저항기는 테스트 중인 회로에 미치는 영향을 최소화하기 위해 가능한 한 낮은 저항 값으로 선택해야 합니다.

관련 워크시트:

<울>

전류계 설계 워크시트