วันจันทร์ที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2551

ใบความรู้ที่ 6

โอห์มมิเตอร์และวิธีวัดค่า


สารบัญเนื้อหา
6.1 การแปลงดาร์สันวาล์มิเตอร์เป็นโวลต์มิเตอร์ไฟตรง
6.2 โครงสร้างโวลต์มิเตอร์ไฟตรง
6.3 สเกลหน้าปัดและย่านวัดโวลต์มิเตอร์ไฟตรง
6.4 การต่อโวลต์มิเตอร์วัดแรงดันไฟตรง
6.5 การคำนวณวงจรโวลต์มิเตอร์


6.1 การหาค่าความต้านทานด้วยแรงดันและกระแส

เราสามารถใช้กฎของโอห์ม (Ohm’s Law) คำนวณหาค่าความต้านทานได้โดยการใช้โวลต์มิเตอร์วัดแรงดันในวงจรที่ต้องการหาค่า และใช้แอมมิเตอร์วัดกระแสในเส้นทางที่ไหลผ่านตัวต้านทานที่ต้องการหาค่า นำค่าที่วัดได้จากมิเตอร์ทั้งสองไปคำนวณด้วยสูตรกฎของโอห์ม การต่อวงจรวัดความต้านทานด้วยโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์ แสดงดังรูปที่6.1

รูปที่6.1 การต่อแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ วัดหาค่าความต้านทาน

จากรูปที่6.1 แสดงการต่อแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ วัดหาค่าความต้านทานของตัวต้านทานที่ต้องการทราบค่า ต่อแอมมิเตอร์เป็นอนุกรมกับตัวต้านทานที่ต้องการวัดค่า และต่อโวลต์มิเตอร์คร่อมขนานกับตัวต้านทานที่ต้องการวัดค่า ขณะต่อวัดแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ต้องคำนึงถึงขั้ววัดมิเตอร์ให้ถูกต้อง นำค่าแรงดัน (E) และกระแส (I) ที่วัดได้ไปคำนวณหาค่าความต้านทาน (R) ตัวที่ต้องการทราบค่าโดยใช้กฎของโอห์มดังนี้

การหาค่าความต้านทานของตัวต้านทานด้วยวิธีวัดกระแสและวัดแรงดัน นำค่ามาคำนวณด้วยกฎของโอห์มดังกล่าวสามารถทำได้ก็จริง แต่เกิดความลำบากและยุ่งยากในการหาค่ามาก เพราะทุกครั้งของการวัดหาค่าต้องวัดแรงดันและกระแสใหม่เสมอ นำมาคำนวณด้วยกฎของโอห์ม หากต้องการทราบค่าความต้านทานหลายๆ ตัว หรือหลายๆ ค่า ต้องวัดแรงดันกระแสใหม่ทุกครั้ง และนำมาคำนวณใหม่ทุกครั้งเช่นกัน นอกจากจะเสียเวลาในการวัดแล้ว ยังอาจเกิดความผิดพลาดจากการวัดกระแสและการคำนวณค่าได้ง่าย จากความลำบากและไม่สะดวกดังกล่าวจึงได้มีการสร้างมิเตอร์วัดความต้านทานโดยตรงขึ้นมาใช้งาน เรียกมิเตอร์นี้ว่า โอห์มมิเตอร์ (Ohmmeter)

6.2 โครงสร้างโอห์มมิเตอร์

โอห์มมิเตอร์เป็นมิเตอร์ไฟตรงที่สร้างขึ้นมาเพื่อใช้วัดหาค่าความต้านทานของตัวต้านทานค่าต่างๆ โดยสามารถวัดค่าความต้านทานและอ่านค่าความต้านทานออกมาได้โดยตรงจากมิเตอร์ โอห์มมิเตอร์เป็นมิเตอร์ที่ถูกดัดแปลงมาจากแอมมิเตอร์ ให้สามารถวัดค่าและแสดงค่าการวัดออกมาเป็นค่าความต้านทานโดยตรง
การทำงานของโอห์มมิเตอร์อาศัยคุณสมบัติของค่าความต้านทาน ที่จะคอยต้านการไหลของกระแสในวงจร ค่าความต้านทานแตกต่างกันสามารถต้านการไหลของกระแสได้แตกต่างกันตามกฎของโอห์มนั่นเอง ค่าความต้านทานในวงจรน้อยกระแสไหลผ่านวงจรมาก และค่าความต้านทานในวงจรมากกระแสไหลผ่านวงจรน้อย สภาวะกระแสที่ไหลผ่านแอมมิเตอร์แตกต่างกัน ทำให้เข็มชี้ของแอมมิเตอร์บ่ายเบนไปแตกต่างกัน เมื่อปรับแต่งสเกลหน้าปัดจากสเกลกระแสมาเป็นสเกลความต้านทาน ก็สามารถนำแอมมิเตอร์นั้นมาวัดความต้านทานได้ โดยเปลี่ยนชื่อมิเตอร์เป็นโอห์มมิเตอร์แทน วงจรโอห์มมิเตอร์เบื้องต้น แสดงดังรูปที่6.2

รูปที่6.2 วงจรโอห์มมิเตอร์เบื้องต้น

จากรูปที่6.2 แสดงวงจรโอห์มมิเตอร์เบื้องต้น ประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก 3 ส่วนคือมิลลิแอมมิเตอร์ แบตเตอรี่ และตัวต้านทานปรับค่าได้ ส่วนประกอบทั้ง 3 ส่วนต่อร่วมกันแบบอนุกรม ตัวต้านทานปรับค่าได้ R1 ทำหน้าที่จำกัดกระแสไม่ให้ไหลผ่านมิลลิแอมมิเตอร์มากเกินกว่าค่าสูงสุดที่มิลลิแอมมิเตอร์ทนได้ ขั้วต่อวัดความต้านทานบวก (+) และลบ (-) เป็นขั้วต่อสำหรับต่อวัดตัวต้านทานที่ต้องการวัดค่า และใช้ร่วมในการปรับแต่งสเกลหน้าปัดของมิลลิแอมมิเตอร์ให้เป็นโอห์มมิเตอร์
การจะนำโอห์มมิเตอร์ไปใช้งานต้องทำการปรับแต่งโอห์มมิเตอร์ให้พร้อมใช้งานก่อน โดยการช็อตขั้วบวก-ลบของโอห์มมิเตอร์เข้าด้วยกัน และปรับแต่งตัวต้านทานปรับค่าได้ R1 ให้มีกระแสไหลผ่านมิลลิแอมมิเตอร์ที่ค่ากระแสสูงสุด คือเข็มชี้บ่ายเบนชี้ค่าเต็มสเกลพอดี (ชี้ที่เลข 0พอดี) ซึ่งเป็นค่าพอเหมาะของตัวต้านทานปรับค่าได้ R1 ที่ต้องการใช้ในวงจร ค่าความต้านทาน R1 ที่พอเหมาะหาได้จากการคำนวณด้วยกฎของโอห์ม

6.3 สเกลวัดค่าของโอห์มมิเตอร์

โอห์มมิเตอร์ที่สร้างมาใช้งาน สร้างขึ้นมาจากแอมมิเตอร์ โดยอาศัยสภาวะการจำกัดกระแสของตัวต้านทานที่มีค่าแตกต่างกัน ควบคุมให้มีกระแสไหลผ่านแอมมิเตอร์แตกต่างกัน การปรับเปลี่ยนสเกลของแอมมิเตอร์ให้เป็นสเกลของโอห์มมิเตอร์ ทำได้โดยการกำหนดค่าความต้านทานของตัวต้านทานหลายๆ ค่าจากค่าน้อยไปหาค่ามากตามลำดับ นำไปต่อเข้าที่จุดต่อวัดขั้วบวก(+) และขั้วลบ(-) ของโอห์มมิเตอร์ที่ปรับแต่งมิเตอร์ให้พร้อมใช้งานแล้ว และใช้กฎของโอห์มคำนวณหาค่ากระแสที่ไหลผ่านแอมมิเตอร์แต่ละค่าที่ต่อตัวต้านทานเข้าวัดค่าในวงจร วงจรใช้คำนวณสเกลของโอห์มมิเตอร์ แสดงดังรูปที่6.3

รูปที่6.3 ต่อเพิ่มตัวต้านทานทราบค่า R เพื่อการปรับเปลี่ยนสเกลเป็นโอห์ม

จากรูปที่6.3 แสดงการต่อเพิ่มตัวต้านทานทราบค่า R เพื่อการปรับเปลี่ยนสเกลเป็นโอห์ม ต่อตัวต้านทาน R มีค่าความต้านทานต่ำเข้าวงจร เข็มมิเตอร์ของมิลลิแอมมิเตอร์บ่ายเบนไปทางขวามาก ทำให้ตำแหน่งความต้านทานค่าต่ำสเกลของโอห์มมิเตอร์อยู่ขวามือ เมื่อต่อตัวต้านทาน R มีค่าความต้านทานค่อยๆ สูงขึ้นเข้าวงจร เข็มมิเตอร์ของมิลลิแอมมิเตอร์บ่ายเบนไปทางขวาน้อยลง เคลื่อนตัวอยู่ประมาณกลางสเกล ทำให้ตำแหน่งความต้านทานที่สูงขึ้นสเกลของโอห์มมิเตอร์ค่อยๆ เคลื่อนตัวมาทางซ้ายของสเกล ถ้าต่อตัวต้านทาน R มีค่าความต้านทานเพิ่มขึ้นอีกเข้าวงจร เข็มมิเตอร์ของมิลลิแอมมิเตอร์ยิ่งบ่ายเบนมาทางซ้ายของสเกลเพิ่มมากขึ้น จนอาจทำให้เข็มมิเตอร์ของมิลลิแอมมิเตอร์ไม่บ่ายเบนชี้ที่ตำแหน่งซ้ายสุดของสเกล เมื่อต่อตัวต้านทานมีค่าความต้านทานมากเกินไปเข้าวงจร ได้สเกลของโอห์มมิเตอร์ออกมา แสดงดังรูปที่6.4

รูปที่6.4 สเกลหน้าปัดของโอห์มมิเตอร

จากรูปที่6.4 แสดงสเกลหน้าปัดของโอห์มมิเตอร์ เป็นสเกลที่มีช่องสเกลห่างไม่เท่ากัน ลักษณะสเกลไม่เป็นเชิงเส้น (Non - Linear) สาเหตุเกิดจากการต่อตัวต้านทานเพิ่มเข้าไปในวงจรโอห์มมิเตอร์ มีผลต่อค่าความต้านทานรวมในวงจรโอห์มมิเตอร์เปลี่ยนแปลง ค่าความต้านทานที่ต่อเพิ่มเข้าไปจำกัดกระแสให้ไหลในมิลลิแอมมิเตอร์เปลี่ยนแปลงไม่เป็นเชิงเส้นตามค่าความต้านทานที่ต่อเพิ่ม จึงส่งผลต่อสเกลของโอห์มมิเตอร์ไม่เป็นเชิงเส้นตามไปด้วย
ค่าความต้านทานที่แสดงไว้บนสเกลโอห์มมิเตอร์ แตกต่างไปจากสเกลของโวลต์มิเตอร์หรือแอมมิเตอร์ เพราะจะมีตำแหน่งค่าต่ำอยู่ทางขวา (0) และมีตำแหน่งค่าสูงอยู่ทางซ้าย () สเกลไม่เป็นเชิงเส้นและมีเพียงสเกลเดียวใช้ในการอ่านค่า

6.4 การใช้งานและการอ่านค่าโอห์มมิเตอร์

โอห์มมิเตอร์ที่ถูกสร้างขึ้นมาใช้งานจริงนั้นจะมีย่านวัดค่าความต้านทานหลายย่านวัด ตั้งแต่วัดค่าความต้านทานค่าต่ำๆ เป็นโอห์ม () ไปจนถึงวัดค่าความต้านทานสูงๆ เป็นเมกโอห์ม (M) โดยมีสเกลแสดงค่าความต้านทานที่วัดได้เพียงสเกลเดียว ค่าที่อ่านได้จะถูกต้องเป็นค่าความต้านทานจริง การอ่านค่าความต้านทานต้องปฏิบัติ 2 ประการ คือ ประการแรกอ่านค่าความต้านทานบนสเกลที่ตำแหน่งเข็มชี้ชี้ค่าออกมา ประการที่สองดูย่านหน้าปัดที่ตั้งวัดไว้นำมาคูณกับค่าความต้านทานที่อ่านได้บนสเกล ค่าที่ได้ออกมาคือค่าความต้านทานจริงที่วัดได้จากตัวต้านทานตัวนั้น
สิ่งสำคัญของการใช้โอห์มมิเตอร์อยู่ที่การปรับแต่งโอห์มมิเตอร์ให้พร้อมก่อนการใช้งาน ทุกครั้งก่อนการนำโอห์มมิเตอร์ไปวัดค่าความต้านทานของตัวต้านทานจะต้องช็อตปลายสายวัดของโอห์มมิเตอร์เข้าด้วยกันและปรับปุ่มโอห์ม (OHMS ADJ.) ทีอยู่ด้านหน้ามิเตอร์ ให้เข็มชี้บ่ายเบนไปชี้ที่ตำแหน่ง 0 พอดีเสียก่อน เพื่อเป็นการทดสอบแบตเตอรี่ที่ใช้งานมีแรงดันไฟอ่อนหรือยัง และเตรียมความพร้อมของโอห์มมิเตอร์ก่อนการใช้งาน การเปลี่ยนย่านวัดทุกครั้งต้อง ทำการปรับแต่งโอห์มมิเตอร์ใหม่ทุกครั้ง จะช่วยให้การวัดค่าความต้านทานมีความถูกต้องเสมอ
โอห์มมิเตอร์ที่สร้างขึ้นมาใช้งานถึงแม้จะมีหลายย่านตั้งวัด แต่มีสเกลเพียงสเกลเดียว การที่ทำได้เช่นนี้เพราะย่านวัดของโอห์มมิเตอร์ที่ขยายเพิ่มขึ้น เป็นการเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ เช่น x1, x10, x100, x1k หรือ x10k เป็นต้น การอ่านค่าจึงไม่ยุ่งยากเพียงอ่านค่าบนสเกลที่เข็มชี้ชี้ค่านำมาคูณกับย่านวัดที่ตั้งไว้ ก็จะได้ค่าความต้านทานที่วัดออกมา
การนำโอห์มมิเตอร์ไปวัดค่าความต้านทานของตัวต้านทาน ปฏิบัติดังนี้
1. ปรับสวิตช์เลือกย่านวัดไปในย่านที่ต้องการ หากไม่ทราบค่าความต้านทานที่จะวัดค่าให้ตั้งย่านวัดย่านต่ำสุดไว้ก่อนเสมอ
2. ช็อตปลายสายวัดทั้งสองของโอห์มมิเตอร์เข้าด้วยกัน สังเกตเข็มชี้บ่ายเบนชี้ค่าที่ตำแหน่ง 0 หรือไม่ ถ้าเข็มชี้ชี้ไม่ตรงตำแหน่ง 0 ต้องปรับแต่งปุ่มปรับโอห์มมิเตอร์ (OHMS ADJ) ที่หน้าปัด ให้เข็มชี้เคลื่อนที่ไปชี้ที่ตำแหน่ง 0 พอดี การปรับแต่งโอห์มมิเตอร์ แสดงดังรูปที่6.5

รูปที่6.5 การปรับแต่งโอห์มมิเตอร์ก่อนการใช้งาน

3. นำโอห์มมิเตอร์ที่ปรับแต่งเรียบร้อยไปวัดค่าความต้านทานได้ โดยต่อวัดดังรูปที่6.6
4. หากวัดแล้วเข็มชี้ไม่ขึ้นหรือขึ้นเล็กน้อย เข็มชี้ชี้บริเวณความต้านทานสูงใกล้ที่ค่า ต้องเปลี่ยนย่านวัดความต้านทานใหม่ในย่านสูงขึ้นที่เหมาะสม ทุกครั้งที่เปลี่ยนย่านวัดควรปรับแต่งโอห์มมิเตอร์ให้พร้อมใช้งานใหม่เสมอ

รูปที่6.6 การใช้โอห์มมิเตอร์วัดค่าความต้านทานของตัวต้านทาน

6.5 เมกโอห์มมิเตอร์

เมกโอห์มมิเตอร์ (Megohmmeter) เป็นโอห์มมิเตอร์อีกชนิดหนึ่งที่ใช้วัดค่าความต้านทานของอุปกรณ์ต่างๆ ที่มีค่าความต้านทานสูงๆ เป็นเมกโอห์มขึ้นไป หรือไว้สำหรับวัดความเป็นฉนวนของฉนวนไฟฟ้าที่นำมาใช้งาน มักนิยมเรียกว่าเมกเกอร์ (Megger) หรือเครื่องทดสอบความเป็นฉนวน (Insulation Testers) เมกโอห์มมิเตอร์มีสเกลหน้าปัดบอกค่าสเกลไว้เป็นเมกโอห์ม (M) โดยตรง รูปร่างโครงสร้างภายในของเมกโอห์มมิเตอร์ แสดงดังรูปที่6.7

รูปที่6.7 โครงสร้างภายในเมกโอห์มมิเตอร์

จากรูปที่6.7 แสดงโครงสร้างภายในเมกโอห์มมิเตอร์ ประกอบด้วย เครื่องกำเนิดแรงดันไฟตรง มีแรงดันถูกกำเนิดขึ้นมาสูงประมาณ 500V และ 1,000V แม่เหล็กถาวรแกนเหล็กรูป วงแหวน ขดลวดแรงดัน A (Potential Coil) ขดลวดกระแส B (Current Coil) และตัวต้านทาน R1, R2 ขดลวด A และ ขดลวด B สามารถหมุนรอบแกนเหล็กรูปวงแหวนได้และมีเข็มชี้ยึดติดอยู่ด้วย ปกติเข็มชี้จะชี้ที่ตำแหน่งใดก็ได้ ไม่จำเป็นต้องชี้ที่ตำแหน่ง 0 เพราะส่วนเคลื่อนไหวของมิเตอร์ชนิดนี้ ไม่มีสปริงคอยควบคุมการบ่ายเบนกลับของเข็มชี้ แต่ก่อนการใช้งานควรจะปรับเข็มชี้ให้ชี้ที่ตำแหน่ง 0 ก่อน
ถ้าไม่ได้ต่อตัวต้านทาน Rx เข้าจุดวัด และเปิดจุดวัดออก เมื่อหมุนเครื่องกำเนิดแรงดัน จะมีแรงดันกำเนิดขึ้นมาป้อนให้ตัวต้านทาน R1 และขดลวดแรงดัน A ทำให้ขดลวดแรงดัน A เกิดอำนาจแม่เหล็กผลักดันกับอำนาจแม่เหล็กถาวร ส่วนขดลวดกระแส B ไม่เกิดอำนาจแม่เหล็ก อำนาจแม่เหล็กทั้งสองผลักดันกัน ทำให้เข็มชี้บ่ายเบนไปชี้ที่ตำแหน่ง ตัวต้านทาน R1 ที่ต่ออนุกรมกับขดลวดแรงดัน A ทำหน้าที่จำกัดกระแสให้ไหลผ่านขดลวดแรงดัน A พอเหมาะไม่มากเกินไป
ถ้าช็อตจุดต่อตัวต้านทาน Rx เข้าด้วยกัน เมื่อหมุนเครื่องกำเนิดแรงดัน มีกระแสไหลผ่านทั้งขดลวดแรงดัน A กับ R1 และขดลวดกระแส B กับ R2 เกิดอำนาจแม่เหล็กขึ้นที่ขดลวดทั้งสองชุด ผลักดันกับอำนาจแม่เหล็กถาวร แต่เนื่องจากอำนาจแม่เหล็กของขดลวดกระแส B มีอำนาจแม่เหล็กมากกว่าขดลวดแรงดัน A ทำให้เข็มชี้บ่ายเบนชี้ค่าที่ 0 ตัวต้านทาน R2 ที่ต่ออนุกรมกับขดลวดกระแส B ทำหน้าที่จำกัดกระแสให้ไหลผ่านขดลวดกระแส B พอเหมาะไม่มากเกินไป
เมื่อต่อตัวต้านทาน Rx เข้าที่จุดต่อวัด และหมุนเครื่องกำเนิดแรงดัน มีกระแสไหลผ่านทั้งขดลวดแรงดัน A และขดลวดกระแส B อำนาจแม่เหล็กของขดลวดแรงดัน A พยายามผลักดันให้เข็มชี้บ่ายเบนไปที่ตำแหน่ง ส่วนขดลวดกระแส B พยายามผลักดันให้เข็มชี้บ่ายเบนไปที่ตำแหน่ง 0 การบ่ายเบนของเข็มชี้นี้จะบ่ายเบนไปทาง ได้มากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับความต้านทาน Rx ที่นำมาต่อวัด ถ้า Rx มีค่าความต้านทานมาก มีกระแสไหลผ่านขดลวดกระแส B น้อย อำนาจแม่เหล็กของขดลวดกระแส B เกิดน้อย เข็มชี้ถูกบ่ายเบนไปทาง มาก ถ้า Rx มีค่าความต้านทานน้อย มีกระแสไหลผ่านขดลวดกระแส B มาก อำนาจแม่เหล็กของขดลวดกระแส B เกิดมาก เข็มชี้ถูกบ่ายเบนไปทาง 0 มาก นั่นคือการแสดงค่าความต้านทานที่วัดออกมาได้ในหน่วยของเมกโอห์ม

ไม่มีความคิดเห็น: