지시계기 검류계 / 전류계 / 전압계

검류계 (Galvanometer) 검류계 • 미소한 전압이나 전류의 정도를 감지하기 위하여 쓰이는 계기로서 전기적인 절대값을 측정하는 계기는 아님 • 가장 많이 쓰이는 것은 가동코일형 검류계 (반조검류계 / 지침형검류계) 가동코일형 계기의 회전 • Coil에 직류전류가 흐르면 플레밍의 왼손법칙에 따라 Coil은 시계방향으로 회전 • 회전력을 라 하면  T : Torque [Nm] B : 자속 밀도 [Wb/ m2] I : 전류 [A] N : 코일권수 A : 유효코일 면적 (a×b) – m2 a : coil의 길이  b : coil의 폭 가동코일형 계기의 전류의 흐름

반조검류계 (Reflecting Galvanometer) 광원으로부터 나온 빛을 반사경에 투사하며, 그 반사광을 scale에 투사함으로써 그 광점이 기우는 정도로 측정 L : 인청동 filament      m : 소형반사경      C : 가동코일      T : 스프링 M : 영구자석            P : 자극편        K : 철심          A : 영위 조정나사 θ : Lamp scale           S : 광원

Measurement of ECG

지침형검류계 (PMMC, permanent magnet moving coil) • 지침이 가동코일에 대한 제어 스프링의 기계적인 힘과 평형을 이루는 상태를 고정된 기준점에 대한 각도로 지시 • 가동코일형 계기는 설계자가 임의의 최대눈금 전류를 결정하기 위해서 ‘제어하는 힘의 값’과 ‘가동코일의 권수’를 변화시킬 수 있음 PMMC계기의 구조

AC가 검류계에 인가될 때 가동코일의 운동에 의한 지침의 움직임은 가동부 자체의 응답특성과 관계됨 검류계의 동적운동과 제동 AC가 검류계에 인가될 때 가동코일의 운동에 의한 지침의 움직임은 가동부 자체의 응답특성과 관계됨 • 인가된 전류를 갑자기 차단한 후 • 가동코일이 그 편위에서 부터 0의 위치로 편위하는 동안의 운동을 세 가지 양으로 관찰 - 코일의 회전축에 대한 가동코일의 관성 모멘트(J) - 코일 서스펜션에 의해 발생된 반작용의 힘(S) - 감쇠정수(D) • 3 가지 요소가 작용할 때 코일의 동적인 운동(지침의 운동)을 편위각 θ로 표시 Ⅰ: 과제동 (overdamping) 서서히 정상상태의 위치로 접근 Ⅱ: 부족제동 (underdamping) 코일의 운동은 정현파적 감쇠진동에 의존 Ⅲ: 임계제동 (critical damping) 지침이 정상상태 위치로 진동 없이 곧바로 복귀 실제의 검류계는 약간의 부족제동(지침이 정지 위치로 가기 전에 약간의 overshoot)이 발생 - 임계제동 보다 제동력은 적지만 계기의 동작이 손상되었는지의 여부 확인 가능 - 먼지나 마모로 인하여 시간의 변화에 따라 마찰력이 커지는 것을 보상할 수 있음

검류계의 제동장치 기계적 제동 : 코일에 흐르는 전류와는 무관하게 주로 가동코일과 주위공기 사이에서 발생. 가동코일 축에 붙어 있는 알루미늄 날개에 의해 제동되며 그 정도는 날개의 크기 및 각도에 따라 결정됨 전자적 제동 : 자계 내에서 회전하는 가동코일에 발생하는 전류에 기인하는 제동력 자계내의 코일이 회전하면 도체인 알루미늄틀 내에 회전하는 전류가 유기되고, 이 전류가 코일의 운동방향과 반대 방향으로 나타나는 반작용의 힘을 야기시킴 외부 임계제동저항 (CDRX, critical damping resistance extenal) • 제동을 위하여 코일과 직렬로 연결된 외부저항 (외부임계제동저항, ) 코일이 회전하면 코일에 교차되는 자속이 변화되고 ---> 코일에 기전력이 유기되고 ---> 이때 코일과 외부저항을 통해 흐르는 전류와 자계 사이에서 반작용의 힘이 발생 ---> 가동코일의 회전력을 제동 즉, 저항이 적을수록 제동하는 힘은 커지고 저항이 클수록 제동하는 힘은 약해짐

DC 전류계 • DC 전류계의 기본동작은 PMMC 검류계와 동일 • 가동코일의 권수가 작고 가볍기 때문에 아주 적은 전류만 흐를 수 있음 • 분류기 전류계에서 측정범위를 넓히기 위하여 전류계에 병렬로 연결하여 전류를 분류시키기 위해 이용하는 저항 보통형 분류기 Ayrton 분류기

보통형 분류기 (Shunt Resistor) : 코일의 내부저항 : 분류기 저항 : 계기의 최대눈금 편위전류 : 분류기 전류 : 전체 전류 보통형 분류기 분류기 저항은 계기와 병렬이므로 그리고, 이므로 : 분류기의 배율

Ayrton 분류기 (Universal Shunt) 여러 단계의 측정범위를 선택할 수 있는 계기로도 이용 예제 1A, 5A, 10A의 측정범위를 갖는 Ayrton 분류기로 사용하고자 할 때의 회로 설계 (계기의 내부저항은 50Ω 이고, 최대눈금 편위전류는 1 mA) Ayrton 분류기 측정시 전류계를 사용하는 경우의 유의사항 ① 전류계는 회로나 소자에 직렬 연결 (전류의 손실을 없애기 위해) ② 극성(전류의 방향)에 주의 ③ 다중측정범위 전류계의 사용 시 고전류 범위부터 사용 (가능한 최대 눈금에서 측정)

DC 전압계 • DC 회로 내에 있는 두 점 사이의 전위차를 측정할 때 회로소자나 전원에 병렬로 접속 • 배율기 전압계의 측정범위를 넓히고자 전압계에 직렬로 연결하는 저항 보통형 배율기 다중측정범위 전압계

보통형 배율기 (Multiplier Resistor) : 계기의 편위전류 : 계기의 내부저항 : 배율기 저항 : 계기의 최대범위전압

다중측정범위전압계 (Multirange Voltmeter) 여러 개의 보통형 배율기를 사용하여 전압의 범위를 단계별로 조정함으로써 측정 할 수 있는 전압의 범위가 설정되어 있는 전압계 예제: 내부저항이 100Ω 이고, 최대눈금 편위전류가 1 mA인 전압계의 측정범위를 위의 회로를 이용하여 0-10, 0-50, 0-250, 0-500 V 의 측정범위를 갖는 전압계로 사용하고자 할 때 각 저항 값들을 계산 

전압계 감도 (Sensitivity) 정격 (ohms-per-volt rating) 전압계의 감도     는 계기에 흐르는 최대눈금 편위 전류의 역수가 되며, DC 전압계의 배율기 저항계산에 사용됨 : 회로 총저항   : 배율기저항    : 계기의 부하저항  : 전압측정범위 부하효과 (Loading Effect) 고저항 회로에서 전압계가 두 점 사이에 연결 될 때 전압계는 회로와 병렬로 연결되는데, 이때 회로에서의 등가저항이 감소하게 되며 전압계 연결 전의 전압 값보다 낮은 전압이 전압계에 나타남 저감도 계기를 사용하면 저저항 회로에서는 전압측정 시 정확한 측정치를 얻을 수 있으나, 고저항 회로에서는 정확한 측정치를 얻을 수 없음 측정시 전압계를 사용하는 경우의 유의 사항 ① 회로나 소자에 병렬로 연결 ② 극성 주의 ③ 다중측정범위 전류계를 사용할 경우 가장 높은 전압 측정범위부터 사용 ④ 항상 부하효과를 고려