เครื่องมือวัดและการวัดทางไฟฟ้า
การวัดทางไฟฟ้าคืออะไร
การวัดทางไฟฟ้าคือการเปรียบเทียบปริมาณทางไฟฟ้าที่ไม่ทราบค่ากับปริมาณทางไฟฟ้าที่ทราบค่าและเป็นมาตรฐาน การวัดนี้มีความสำคัญในการหาค่าปริมาณไฟฟ้าต่างๆ ในวงจรได้อย่างถูกต้องแม่นยำ
เครื่องมือวัดไฟฟ้า
เครื่องมือวัดไฟฟ้าคืออุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดปริมาณทางไฟฟ้าต่างๆ ได้แก่ กระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า กำลังไฟฟ้า ความต้านทาน และอื่นๆ เครื่องมือวัดแต่ละชนิดมีหลักการทำงานและช่วงการวัดที่แตกต่างกัน
แอมมิเตอร์ (Ammeter)
หน้าที่และการใช้งาน
แอมมิเตอร์เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดกระแสไฟฟ้าในวงจร มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A) แอมมิเตอร์จะต้องต่ออนุกรมกับวงจรเพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวเครื่องทั้งหมด การต่อแอมมิเตอร์ผิดวิธี (เช่น ต่อขนานกับวงจร) อาจทำให้เครื่องมือเสียหายได้
การขยายพิกัดการวัด
การขยายพิกัดการวัดของแอมมิเตอร์ทำได้โดยการต่อความต้านทานขนาดเล็ก (Shunt) ขนานกับแอมมิเตอร์ ความต้านทาน Shunt จะแบ่งกระแสไฟฟ้า ทำให้แอมมิเตอร์วัดได้มากขึ้นโดยไม่เสียหาย
ข้อควรระวัง
การเลือกย่านวัดที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้ค่าที่วัดได้คลาดเคลื่อน ดังนั้นควรเลือกย่านวัดที่สูงกว่าค่าที่คาดว่าจะวัดได้เล็กน้อย
โวลต์มิเตอร์ (Voltmeter)
หน้าที่และการใช้งาน
โวลต์มิเตอร์เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดแรงดันไฟฟ้า (ความต่างศักย์) ระหว่างสองจุดในวงจร มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) โวลต์มิเตอร์จะต้องต่อขนานกับวงจรที่ต้องการวัดแรงดันไฟฟ้า
ความต้านทานภายใน
โวลต์มิเตอร์ที่ดีควรมีความต้านทานภายในสูงมาก เพื่อไม่ให้รบกวนวงจรที่ต้องการวัด การต่อโวลต์มิเตอร์ผิดขั้วอาจทำให้เครื่องมือเสียหายได้
ข้อควรระวัง
- การเลือกย่านวัดที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้ค่าที่วัดได้คลาดเคลื่อน ดังนั้นควรเลือกย่านวัดที่สูงกว่าค่าที่คาดว่าจะวัดได้เล็กน้อย
- การต่อขั้วบวกและลบของโวลต์มิเตอร์ให้ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญ
โอห์มมิเตอร์ (Ohmmeter)
หน้าที่และการใช้งาน
โอห์มมิเตอร์เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดความต้านทานไฟฟ้าของตัวต้านทานหรืออุปกรณ์ต่างๆ มีหน่วยเป็นโอห์ม (Ω) การวัดความต้านทานจะต้องทำในขณะที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอุปกรณ์ที่ต้องการวัด
ส่วนประกอบ
โอห์มมิเตอร์แบบอนุกรมประกอบด้วย เครื่องวัดไฟฟ้าชนิดขดลวดเคลื่อนที่, แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง และตัวต้านทานปรับค่าได้
การทำงาน
เมื่อเปิดปลายสายวัด โอห์มมิเตอร์จะไม่อ่านค่าอะไร แต่เมื่อลัดวงจรที่ปลายสายวัด จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด ทำให้เข็มชี้ไปที่ 0 โอห์ม
ข้อควรระวัง
- ก่อนทำการวัดความต้านทาน ต้องตัดไฟออกจากวงจรก่อน
- ก่อนทำการวัด ต้องปรับเทียบศูนย์โอห์ม (Zero Ohm Adjust) ทุกครั้ง
มัลติมิเตอร์ (Multimeter)
หน้าที่และการใช้งาน
มัลติมิเตอร์เป็นเครื่องมือวัดไฟฟ้าแบบอเนกประสงค์ สามารถวัดแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความต้านทานได้ในเครื่องเดียว มัลติมิเตอร์มีทั้งแบบเข็ม (Analog) และแบบดิจิตอล (Digital)
การใช้งานเบื้องต้น
- การเลือกย่านวัด: เลือกย่านวัดให้เหมาะสมกับปริมาณที่ต้องการวัด โดยเริ่มจากย่านวัดที่สูงก่อนเสมอ
- การอ่านค่า: อ่านค่าจากสเกลหรือหน้าจอดิจิตอล
- ข้อควรระวัง: ห้ามวัดความต้านทานในวงจรที่มีกระแสไฟฟ้า
ข้อดีและข้อเสียของมัลติมิเตอร์แบบดิจิตอล
- ข้อดี: อ่านค่าง่าย แม่นยำกว่า
- ข้อเสีย: ราคาสูงกว่า
ข้อควรระวังในการใช้งาน
- เลือกย่านการวัดให้เหมาะสม
- อ่านค่าสเกลให้ถูกต้อง
- เมื่อเลิกใช้งาน ควรปิดสวิตช์ทุกครั้ง
วัตต์มิเตอร์ (Wattmeter)
หน้าที่และการใช้งาน
วัตต์มิเตอร์เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดกำลังไฟฟ้า (Power) ในวงจร มีหน่วยเป็นวัตต์ (W) วัตต์มิเตอร์มีทั้งแบบอนาล็อกและแบบดิจิตอล
หลักการทำงาน
วัตต์มิเตอร์แบบอิเล็กโทรไดนามิกทำงานโดยอาศัยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
ความคลาดเคลื่อนในการวัด
สาเหตุของความคลาดเคลื่อน
- การเลือกย่านวัดที่ไม่เหมาะสม
- เครื่องมือวัดไม่เที่ยงตรงหรือชำรุด
- การอ่านค่าผิดพลาดของผู้ใช้
- สภาพแวดล้อมในการวัด
การแก้ไขความคลาดเคลื่อน
- เลือกย่านวัดให้เหมาะสม
- ใช้เครื่องมือวัดที่ได้มาตรฐาน
- อ่านค่าอย่างระมัดระวัง
ไดโอด (Diode)
หน้าที่และการใช้งาน
ไดโอดเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ในทิศทางเดียว ไดโอดถูกนำมาใช้ในวงจรเรียงกระแสเพื่อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC)
วงจรบริดจ์ (Bridge Circuit)
หลักการทำงาน
วงจรบริดจ์เป็นวงจรไฟฟ้าที่ใช้หลักการเปรียบเทียบค่าต่างๆ เช่น ความต้านทาน ความเหนี่ยวนำ และความจุ เพื่อให้ได้ค่าที่แม่นยำ วงจรบริดจ์ที่นิยมใช้กันมากคือวงจร Wheatstone Bridge และ Kelvin Bridge
Wheatstone Bridge
- หน้าที่: ใช้วัดความต้านทานที่ไม่ทราบค่า โดยเปรียบเทียบกับความต้านทานที่ทราบค่าแล้ว
- ส่วนประกอบ: ประกอบด้วยตัวต้านทาน 4 ตัว, แหล่งจ่ายไฟ, และกัลวานอมิเตอร์
- หลักการทำงาน: เมื่อวงจรอยู่ในสภาวะสมดุล (Balanced) กระแสที่ไหลผ่านกัลวานอมิเตอร์จะเป็นศูนย์ ทำให้สามารถคำนวณค่าความต้านทานที่ไม่ทราบค่าได้อย่างแม่นยำ
- ข้อจำกัด: ไม่เหมาะกับการวัดความต้านทานต่ำ
Kelvin Bridge
- หน้าที่: ใช้วัดความต้านทานต่ำที่ไม่ทราบค่าได้อย่างแม่นยำ
- ข้อดี: ลดผลของความต้านทานของสายไฟและขั้วต่อ
- เหตุผลที่ต้องใช้: เพื่อให้ได้ค่าความต้านทานที่ถูกต้องในการวัดค่าความต้านทานต่ำมากๆ
กัลวานอมิเตอร์ (Galvanometer)
- หน้าที่: ใช้ตรวจสอบสภาวะสมดุลของวงจรบริดจ์ โดยแสดงว่ามีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านหรือไม่
ความสำคัญของสภาวะสมดุล
- เมื่อวงจรบริดจ์อยู่ในสภาวะสมดุล จะไม่มีกระแสไหลผ่านอุปกรณ์ตรวจจับ ทำให้สามารถคำนวณค่าที่ไม่ทราบค่าได้จากอัตราส่วนของตัวต้านทานอย่างแม่นยำ
- ลดความคลาดเคลื่อนจากแหล่งจ่ายไฟและอุปกรณ์วัด
เครื่องวัดไฟฟ้ากระแสตรง (DC Meter)
หลักการทำงานพื้นฐาน
เครื่องวัดไฟฟ้ากระแสตรงทำงานโดยอาศัยแรงบิดที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างสนามแม่เหล็กของขดลวดกับสนามแม่เหล็กถาวร
ชนิดของเครื่องวัด
- PMMC (Permanent Magnet Moving Coil): มีความแม่นยำสูง เหมาะสำหรับวัดไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น
- Moving Iron (MI): ใช้วัดได้ทั้งไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ แต่มีความแม่นยำต่ำกว่า PMMC
เครื่องวัดไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Meter)
หลักการทำงาน
เครื่องวัดไฟฟ้ากระแสสลับส่วนใหญ่จะวัดค่า RMS (Root Mean Square) ของสัญญาณ
การใช้งานไดโอดใน AC Voltmeter
ไดโอดทำหน้าที่เรียงกระแส เพื่อให้สามารถวัดค่าไฟฟ้ากระแสสลับได้
ข้อควรจำอื่นๆ
หน่วยวัด
- กระแสไฟฟ้า: แอมแปร์ (Ampere)
- แรงดันไฟฟ้า: โวลต์ (Volt)
- ความต้านทาน: โอห์ม (Ohm)
- กำลังไฟฟ้า: วัตต์ (Watt)
คุณสมบัติของสวิตช์เลือกย่านวัด
- มีความต้านทานต่ำ
- หน้าสัมผัสดี
- ทนกระแสไฟฟ้าได้ตามย่านวัด
ความหมายของเมกโอห์มมิเตอร์
- เครื่องมือวัดความต้านทานสูงมาก โดยเฉพาะฉนวน
- ใช้แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าโอห์มมิเตอร์
การบำรุงรักษามัลติมิเตอร์
- เช็ดทำความสะอาดด้วยผ้าแห้ง
- เก็บในกล่องให้เรียบร้อย
สัญลักษณ์ picco
- สัญลักษณ์คือ p
มาตรฐานของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (Current Transformer : CT)
- มีกระแสไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ 5 A หรือ 1 A
หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า (Potential Transformer : PT)
- ที่ขดลวดทุติยภูมิปกติจะมีขนาดแรงดันไฟฟ้า 90-120 V
แกนเหล็กที่ใช้ทำหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (Current Transformer : CT)
- แบบ Toroid
คุณลักษณะเด่นของวงจรอนุกรม
- กระแสไฟฟ้ามีเพียงค่าเดียวเท่ากันทั้งวงจร
คุณลักษณะเด่นของวงจรขนาน
- แรงดันไฟฟ้ามีเพียงค่าเดียวกันทั้งวงจร
ข้อควรระวังในการทำงานกับไฟฟ้า
- ควรตรวจสอบอุปกรณ์ก่อนใช้งาน
การใช้เครื่องวัดรูปคลื่นสัญญาณไฟฟ้า
- ไม่ควรเคลื่อนย้ายขณะที่กำลังทำงานเพราะอาจทำให้ไส้หลอดคาโทดขาด
ความผิดพลาดในการอ่านสเกล
- เกิดจากผู้ที่ทำการวัด
การเลือกย่านการวัด
- ควรเริ่มจากย่านสูงสุดก่อน
การอ่านค่าความต้านทานในผ่านตั้งวัดที่ X1K ของมัลติมิเตอร์
- อ่านโดยตรงในหน่วย k Ω
มาตรฐานของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (Current Transformer : CT)
- มีกระแสไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ 5 A หรือ 1 A
หน้าที่ของกัลวานอมิเตอร์ (G) ในวงจรบริดจ์
- ตรวจจับกระแสไฟฟ้าเพื่อบอกสภาวะสมดุลของวงจร
เคล็ดลับ
อ่านสรุปนี้ให้เข้าใจก่อนทำข้อสอบ จะช่วยให้ตอบคำถามได้ดีขึ้น
โหลดได้เฉพาะสมาชิกเท่านั้น
กรุณาเข้าสู่ระบบหรือสมัครสมาชิกเพื่อดาวน์โหลด PDF