วันจันทร์ที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2551

ใบความรู้ที่ 1

โครงสร้างมิเตอร์ไฟตรง


สารบัญเนื้อหา
1.1 โครงสร้างเบื้องต้นของมิเตอร์ชนิดเข็มชี้
1.2 ส่วนประกอบของดาร์สันวาล์มิเตอร์
1.3 อาร์เมเจอร์ชนิดห้อยแขวนด้วยแถบตึง
1.4 สาเหตุความผิดพลาดในการใช้มิเตอร์

1.1 โครงสร้างเบื้องต้นของมิเตอร์ชนิดเข็มชี้

มิเตอร์ (Meter) ถือเป็นเครื่องมือวัดไฟฟ้าแบบพื้นฐานที่ถูกสร้างขึ้นมาใช้งานอย่างแพร่หลายทั่วไป มิเตอร์ ชนิดนี้จะมีส่วนแสดงผลอยู่ในรูปของเข็มชี้บ่ายเบนไป เรียกส่วนนี้ว่าส่วนเคลื่อนไหวของมิเตอร์ (Meter Movement) ซึ่งจะเป็นชนิดมิเตอร์กระแสไฟตรง (Direct – Current Meters)
เข็มชี้ของมิเตอร์ (Pointer) ที่บ่ายเบนไปได้อาศัยหลักการหมุนตัวของขดลวดเคลื่อนที่ (Moving Coil) ถูกวาง อยู่ในสนามแม่เหล็ก (Magnetic Field) ของแม่เหล็กถาวร (Permanent Magnet) ในขณะที่มีกระแสไฟตรงไหลผ่าน ขดลวดเคลื่อนที่ มิเตอร์ชนิดนี้เรียกว่า มิเตอร์ชนิดขดลวดเคลื่อนที่ (Moving Coil Type Meter) มิเตอร์ชนิดนี้เป็น มิเตอร์ใช้วัดไฟกระแสตรง (DC) เมื่อมีไฟกระแสตรงไหลผ่านมิเตอร์ มิเตอร์จึงสามารถ บ่ายเบนไปแสดงค่าการวัด ออกมาได้
มิเตอร์ชนิดขดลวดเคลื่อนที่ เป็นการนำเอาหลักการทำงานของสนามแม่เหล็กถาวรและสนามแม่เหล็กไฟฟ้า มาทำงานร่วมกัน โดยอาศัยการผลักกันของสนามแม่เหล็กทั้งสอง ทำให้เกิดการบ่ายเบนไปของเข็มชี้มิเตอร์ โครงสร้าง ของมิเตอร์เบื้องต้นประกอบด้วยแม่เหล็กถาวรขั้วเหนือ (N) และขั้วใต้ (S) วางไว้ใกล้กัน ระหว่างกลางของขั้วแม่เหล็ก ทั้งสองมีขดลวดเคลื่อนที่พันอยู่บนแกนวางอยู่ ต่อปลายของขดลวดเคลื่อนที่ออกมาภายนอก ใช้เป็นจุดต่อจ่ายแรงดัน และกระแส แกนขดลวดเคลื่อนที่วางอยู่บนเดือยแหลม ทำให้ขดลวดเคลื่อนที่สามารถหมุนเคลื่อนที่รอบตัวเองได้ อย่างอิสระ
เมื่อจ่ายกระแสให้ไหลผ่านขดลวดเคลื่อนที่ ส่งผลให้ขดลวดเคลื่อนที่เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นมา ขั้วของ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิด ขึ้นอยู่กับลักษณะการพันขดลวดเคลื่อนที่ โดยจะต้องพันขดลวดเคลื่อนที่ให้ได้ขั้วของ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา เหมือนกับขั้วของแม่เหล็กถาวรที่วางอยู่ใกล้ๆ เป็นผลให้สนามแม่เหล็กทั้งสองเกิดการ ผลักกันขึ้น
ทิศทางการบ่ายเบนของแม่เหล็กไฟฟ้า หาได้จากกฎมือซ้ายของเฟรมมิ่ง ซึ่งกล่าวไว้ดังนี้ ให้กางนิ้วหัวแม่มือ นิ้วชี้ และนิ้วกลาง ของมือซ้ายออก โดยให้นิ้วทั้งสามตั้งฉากซึ่งกันและกัน นิ้วหัวแม่มือจะชี้ไปในทิศทางการเคลื่อนที่ของ แม่เหล็กไฟฟ้า นิ้วชี้จะชี้ไปในทิศทางการเคลื่อนที่ของเส้นแรงแม่เหล็ก นิ้วกลางจะชี้ไปในทิศทางการเคลื่อนที่ของ กระแสอิเล็กตรอน เมื่อใช้นิ้วทั้งสามวางในทิศทางที่ถูกต้อง จะสามารถหาทิศทางการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กไฟฟ้าได้ กฎมือซ้ายของเฟรมมิ่ง แสดงดังรูปที่1.1

รูปที่1.1 กฎมือซ้ายของเฟรมมิ่ง

การบ่ายเบนไปของแม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าวจะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับอำนาจแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้น อำนาจ แม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นน้อยเกิดการบ่ายเบนน้อย อำนาจแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นมากเกิดการบ่ายเบนมาก อำนาจแม่เหล็ก ดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับปริมาณกระแสที่ไหลผ่านเข้าไปในขดลวดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า กระแสไหลมากอำนาจ แม่เหล็กไฟฟ้าเกิดมาก แม่เหล็กไฟฟ้าบ่ายเบนไปมาก กระแสไหลน้อยอำนาจแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดน้อย แม่เหล็กไฟฟ้าบ่ายเบนไปน้อย

1.2 ส่วนประกอบของดาร์สันวาล์มิเตอร์

มิเตอร์ชนิดขดลวดเคลื่อนที่ที่สร้างมาใช้งาน เป็นมิเตอร์ชนิดใช้วัดไฟฟ้ากระแสตรง มีชื่อเรียกเฉพาะว่า ดาร์สันวาล์มิเตอร์ (D’Arsonval Meter) คือ การที่มิเตอร์จะสามารถทำงานได้ แรงดันและกระแสที่ป้อนให้ขดลวด เคลื่อนที่ต้องเป็นไฟกระแสตรง (DC) เท่านั้น และต้องจ่ายขั้วแรงดันให้มิเตอร์ ถูกต้องตามขั้วที่กำหนดไว้ โครงสร้าง และส่วนประกอบของดาร์สันวาล์มิเตอร์ แสดงดังรูปที่1.2

รูปที่1.2 โครงสร้างและส่วนประกอบของดาร์สันวาล์มิเตอร

จากรูปที่1.2 แสดงโครงสร้างและส่วนประกอบของดาร์สันวาล์มิเตอร์ ส่วนประกอบที่สำคัญมีดังนี้
1. แม่เหล็กถาวรรูปเกือกม้า (Horseshoe Magnet) เป็นแม่เหล็กถาวรมีความเข้มสนามแม่เหล็กสูงอยู่ที่ ปลายทั้งสองของเกือกม้า มีเส้นแรงแม่เหล็กเคลื่อนที่จากขั้วเหนือ (N) ไปขั้วใต้ (S)
2. เข็มชี้ เป็นเข็มชี้ของมิเตอร์ ชี้ค่าที่วัดได้บนสเกลหน้าปัด แสดงค่าการวัดปริมาณไฟฟ้าออกมา
3. ตำแหน่งปรับค่าศูนย์ (Zero Position Control) เป็นตำแหน่งปรับหมุนซ้าย-ขวาได้ โดยหมุนที่สกรูหน้าปัด มิเตอร์ ปรับเพื่อเลื่อนตำแหน่งเข็มชี้ให้บ่ายเบนไปด้านซ้ายมือหรือด้านขวามือ ทำให้เข็มชี้ชี้ที่ตำแหน่งเลขศูนย์ (0) พอดี ช่วยให้มิเตอร์วัดค่าออกมาได้ถูกต้อง
4. สปริง (Spring) เป็นขดลวดสปริง ขดเป็นวงกลมวนออกหลายวงซ้อนกัน คล้ายก้นหอย ทำหน้าที่เป็นตัว บังคับการเคลื่อนที่ของขดลวดเคลื่อนที่และเข็มชี้ให้อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง สปริงจะถูกยึดติดร่วมกับขดลวดเคลื่อนที่ และเดือยแหลม 2 ตำแหน่งบนและล่าง
5. ส่วนถ่วงน้ำหนัก (Counter Weight) เป็นตุ้มน้ำหนักมี 3 ด้านรวมกับเข็มชี้เป็น 4 ด้าน เพื่อถ่วงน้ำหนัก เข็มชี้ให้เกิดความสมดุลของน้ำหนักที่ตกบนขดลวดเคลื่อนที่
6. ปลายขั้วเหล็กเกือกม้า (Pole Shoe) เป็นเหล็กต่อเชื่อมกับตอนปลายแม่เหล็กเกือกม้า เพื่อส่ง สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรให้เข้าใกล้ขดลวดเคลื่อนที่ และบังคับทิศทางของสนามแม่เหล็กให้อยู่ในตำแหน่ง ที่ต้องการ
7. ขดลวดเคลื่อนที่ เป็นขดลวดที่ถูกพันอยู่บนกรอบอะลูมิเนียมสี่เหลี่ยม ยึดติดร่วมกับเดือยแหลม สปริงและ เข็มชี้ เป็นส่วนเคลื่อนที่ของมิเตอร์ ซึ่งจะถูกเรียกว่าอาร์เมเจอร์ (Armature)
8. เดือยและรองเดือย (Pivot and Bearing) เป็นส่วนตอนปลายของขดลวดเคลื่อนที่ ทำหน้าที่เป็นส่วนรองรับ จุดหมุนของขดลวดเคลื่อนที่ ทำให้ขดลวดเคลื่อนที่สามารถบ่ายเบนไปได้อย่างอิสระ

1.3 อาร์เมเจอร์ชนิดห้อยแขวนด้วยแถบตึง

อาร์เมเจอร์ของดาร์สันวาล์มิเตอร์ ชนิดห้อยแขวนด้วยแถบตึง (Taut – Band Suspension) หรือเรียกสั้นๆ ว่าชนิดห้อยแขวน (Suspension Type) เป็นการพัฒนามิเตอร์ชนิดเข็มชี้ให้มีความทันสมัยและทนทาน แข็งแรงยิ่งขึ้น เพราะด้วยส่วนอาร์เมเจอร์ของดาร์สันวาล์มิเตอร์ชนิดเดือยและรองเดือยมีความบอบบาง ชำรุดเสียหายได้ง่าย เมื่อถูก กระทบกระเทือนแรงๆ เช่น ถูกกระแทก หรือตกหล่น มีผลต่อส่วนเดือยและรองเดือยเกิดการคดงอหรือแตกหัก ส่งผล ต่อมิเตอร์ชำรุดเสียหาย หรือเกิดความคลาดเคลื่อน วัดปริมาณไฟฟ้าออกมาผิดพลาด มิเตอร์ชนิดห้อยแขวนนี้ ได้เปลี่ยนส่วนของเดือยและรองเดือยมาเป็นแถบตึงแทน ช่วยในการยึดส่วนอาร์เมเจอร์ ทำให้เกิดการยืดหยุ่นในส่วน อาร์เมเจอร์มากขึ้น และสามารถรับแรงกระทบกระแทกได้ดีขึ้น โครงสร้างของอาร์เมเจอร์ชนิดห้อยแขวนด้วยแถบถึง แสดงดังรูปที่1.3

รูปที่1.3 โครงสร้างของอาร์เมเจอร์ชนิดห้อยแขวนด้วยแถบตึง

จากรูปที่1.3 แสดงโครงสร้างของอาร์เมเจอร์ชนิดห้อยแขวนด้วยแถบตึง ส่วนประกอบต่างๆ คล้ายกับมิเตอร์ ชนิดเดือยและรองเดือย คือ มีแม่เหล็กถาวร มีขดลวดเคลื่อนที่ มีแกนเหล็กทรงกระบอก มีเข็มชี้ เช่นเดียวกัน ในส่วนที่ แตกต่างกันออกไปคือ ไม่มีสปริง ไม่มีเดือยและรองเดือย ใช้แถบตึงและแหวนสปริงยึดอาร์เมเจอร์แทน
อาร์เมเจอร์จะถูกยึดให้ลอยอยู่ในสนามแม่เหล็กถาวร โดยใช้แถบตึงหรือแถบโลหะแบน (Ribbon) ยึดส่วน บนล่างของอาร์เมเจอร์ และมีท่อทรงกระบอกเป็นตัวช่วยบังคับการสั่นคลอนของส่วนอาร์เมเจอร์ พร้อมกับช่วยรองรับ การสั่นสะเทือนแรงๆ เช่น การตกหล่น หรือถูกกระทบกระแทกแรงๆ เป็นการช่วยป้องกันการชำรุดเสียหายของ ส่วนอาร์เมเจอร์ได้
การทำงานของมิเตอร์ชนิดนี้อธิบายได้ดังนี้ เมื่อมีกระแสไฟตรงจ่ายเข้ามาที่ขดลวดเคลื่อนที่ ทำให้ขดลวด เคลื่อนที่เกิดอำนาจแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น มีขั้วแม่เหล็กเหมือนกับขั้วแม่เหล็กถาวรที่วางอยู่ใกล้ๆ เกิดแรงผลักดัน ซึ่งกันและกัน ขดลวดเคลื่อนที่และเข็มชี้บ่ายเบนไป ขณะที่ขดลวดเคลื่อนที่บ่ายเบนไป แถบตึงจะเกิดการบิดตัวไป ตามการบ่ายเบนของขดลวดเคลื่อนที่ ถ้าจ่ายกระแสให้น้อย ขดลวดเคลื่อนที่บ่ายเบนไปน้อย แถบตึงบิดตัวไปน้อย ถ้าจ่ายกระแสให้มากขดลวดเคลื่อนที่บ่ายเบนไปมาก แถบตึงบิดตัวไปมาก
เมื่องดจ่ายกระแสไฟตรงให้ขดลวดเคลื่อนที่ ขดลวดเคลื่อนที่หมดอำนาจแม่เหล็ก ไม่มีการผลักดันกัน ระหว่างสนามแม่เหล็กถาวร กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แถบตึงเกิดการบิดตัวกลับเข้าสู่สภาพปกติ ขดลวดเคลื่อนที่ และเข็มชี้จะเคลื่อนกลับเข้าสู่ตำแหน่งปกติ

1.3.1 ข้อดีของมิเตอร์ชนิดห้อยแขวนด้วยแถบตึง

1. มีความทนทานมากขึ้นต่อการกระทบกระเทือนแรงๆ
2. ไม่เกิดแรงเสียดทานเหมือนแบบเดือยและรองเดือย
3. ใช้วัดค่าได้ดีในที่ที่มีการสั่นสะเทือน โดยเกิดความผิดพลาดต่ำ
4. นำไปใช้สร้างเป็นเครื่องมือวัดชนิดพกติดตัวได้
5. นำไปสร้างใช้งานได้ดีกับเครื่องมือวัดชนิดความเที่ยงตรงสูง
6. นำไปใช้งานร่วมกับเครื่องมือวัดชนิดอื่นๆ ได้

1.3.2 ข้อเสียของมิเตอร์ชนิดห้อยแขวนด้วยแถบตึง

1. โครงสร้างมีความสลับซับซ้อนมากกว่าแบบเดือยและรองเดือย
2. ต้นทุนการผลิตสูงทำให้มีราคาแพงมากกว่าแบบเดือยและรองเดือย
3. ไม่สามารถสร้างได้กับมิเตอร์ชนิดอาร์เมเจอร์มีน้ำหนักมากๆ

1.4 สาเหตุความผิดพลาดในการใช้มิเตอร์

ความผิดพลาดในการใช้มิเตอร์ เกิดขึ้นได้จากสาเหตุหลายประการ ดังนั้นการใช้มิเตอร์ด้วยความระมัดระวัง และหลีกเลี่ยงความผิดพลาดต่างๆ แล้ว ย่อมทำให้มิเตอร์เกิดความผิดพลาดน้อยลง และช่วยยืดอายุการใช้งานมิเตอร์ ได้มากขึ้น สาเหตุคามผิดพลาดเกิดได้ดังนี้
1. การเสียดสีของส่วนเคลื่อนไหว มิเตอร์ชนิดเดือยและรองเดือย มีส่วนเสียดสีกันของเดือยและรองเดือย รวมถึงการชำรุดของส่วนเดือยและรองเดือย ทำให้การบ่ายเบนไปของส่วนอาร์เมเจอร์ผิดพลาดไปได้
2. การเสื่อมอายุ ส่วนประกอบของมิเตอร์เมื่อใช้งานไปนานๆ ย่อมเกิดการสึกหรอหรือเสื่อมโทรมตามอายุ ไปด้วย ทำให้เกิดความผิดพลาดขึ้นได้
3. ความร้อนในตัวมิเตอร์ เมื่อมีกระแสไหลผ่านมิเตอร์ในระยะแรก อุณหภูมิของส่วนต่างๆ ในมิเตอร์ จะเพิ่มขึ้น ทำให้ค่าการวัดที่แสดงออกมาเปลี่ยนแปลงไป เข็มชี้ของมิเตอร์ไม่คงที่ ต้องรอชั่วขณะหนึ่ง เพื่อให้ อุณหภูมิภายในมิเตอร์ปรับตัวจนคงที่ก่อน ค่าการวัดที่ได้จึงมีความถูกต้องมากขึ้น ช่วยลดความผิดพลาดลง
4. สนามแม่เหล็กภายนอก เมื่อนำมิเตอร์ไปวัดปริมาณไฟฟ้าใกล้สายไฟฟ้าที่มีกระแสไหลสูง หรือใกล้กับ สนามแม่เหล็กแรงๆ สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าดังกล่าวจะมีผลต่อสภาวะการบ่ายเบนของเข็มมิเตอร์เปลี่ยนแปลง ไปจากค่าปกติ
5. อุณหภูมิบริเวณโดยรอบมิเตอร์ มาตรฐานของมิเตอร์ในการปรับแต่งสเกลและการแสดงค่า มักกำหนดค่า ในห้องทดลองที่มีอุณหภูมิคงที่ หากนำมิเตอร์ไปใช้งานในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงมากหรือต่ำมากกว่าค่าอุณหภูมิปกติ ที่กำหนดไว้ ก็ย่อมมีผลต่อการแสดงค่าที่ผิดพลาดออกมาได้
6. เข็มชี้เคลื่อนจากศูนย์ ปกติของมิเตอร์ขณะไม่ได้ใช้งาน เข็มชี้ของมิเตอร์มักชี้ค่าที่เลขศูนย์เสมอ เมื่อมี การใช้งานไปนานวันอาจมีผลให้อุปกรณ์ส่วนประกอบเสื่อมลงตามไปด้วย เช่น สปริงบังคับในส่วนเคลื่อนไหวอาจ เกิดการล้าขึ้นได้ ทำให้เข็มชี้เคลื่อนจากศูนย์ ดังนั้นก่อนการใช้มิเตอร์ต้องหมั่นตรวจสอบตำแหน่งเข็มชี้ให้อยู่ที่ เลขศูนย์เสมอ หากเกิดคลาดเคลื่อนไปต้องทำการปรับแต่งสกรูที่หน้าปัดมิเตอร์ก่อนการใช้งาน
7. การเปลี่ยนแปลงของปริมาณไฟฟ้า ปริมาณไฟฟ้าที่วัดออกมาเป็นแรงดัน กระแส ความต้านทาน และกำลังไฟฟ้า หากขณะทำการวัดปริมาณไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา การแสดงค่าของมิเตอร์ย่อมเปลี่ยนแปลง การอ่านค่าที่ถูกต้องทำได้ลำบาก
8. ลักษณะการใช้งาน ขณะใช้มิเตอร์วัดปริมาณไฟฟ้า ต้องจัดวางมิเตอร์ให้อยู่ในตำแหน่งที่แน่นอนมั่นคง ไม่เกิดการเอียงหรือตะแคง ไม่เกิดการสั่นคลอนหรือเคลื่อนไหว เพราะสิ่งเหล่านี้มีผลต่อการวัดค่าที่ผิดพลาดได้
9. ตัวผู้วัด การใช้งาน การวัดค่า การอ่านค่า เป็นส่วนสำคัญมาก หากผู้วัดไม่มีความชำนาญหรือขาดความระมัดระวังที่ดีพอ ทำให้เกิดความผิดพลาดขึ้นได้เสมอ

ไม่มีความคิดเห็น: