แอมมิเตอร์

แอมมิเตอร์ เป็นเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าที่สําคัญชนิดหนึ่งในทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ โดยใช้วัดปริมาณ กระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าใด ๆ แบ่งออกได้ 2 ชนิดตามลักษณะของกระแสไฟฟ้า คือ
1) แอมมิเตอร์ ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current Ammeter)
2) แอมมิเตอร์ ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current Ammeter)
ซึ่งทั้ง 2 ชนิดจะใช้ชุดขดลวดเคลื่อนที่แบบดาร์สันวัล (D’Arsonval moving coil) เป็นอุปกรณ์
หลักในการแสดงผลปริมาณกระแสไฟฟ้าทั้งสิ้น

แอมป์มิเตอร์ ไฟฟ้ากระแสตรง

แอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง เป็นเครื่องมือวัดไฟฟ้าที่ดัดแปลงจากชุดขดลวดเคลื่อนที่แบบดาร์ สันวัล โดยอาศัยสนามแม่เหล็กถาวรและสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวดเคลื่อนที่ ดังนั้นเมื่อมี กระแสไฟฟ้าไหลผ่านจึงทําให้เกิดแรงบิดบ่ายเบนจากขดลวดเคลื่อนที่พาให้เข็มมิเตอร์แสดงค่าปริมาณ กระแสไฟฟ้าได้ โดยปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ทําให้เข็มมิเตอร์บ่ายเบนไปจนเต็มสเกลนี้เรียกว่า กระแสไฟฟ้า เต็มสเกล
แอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงนี้เป็นเครื่องมือวัดไฟฟ้าแบบอะนาลอก (Analog Instrument) หรือ อาจจะเรียกอีกชื่อว่าเครื่องมือวัดแบบเข็มชี้ (Indicating Instrument) ใช้สําหรับวัดกระแสไฟฟ้าแบบ กระแสตรง (Direct Current : DC) โดยลักษณะของการวัดจะต่อแบบอนุกรมกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องการ วัด (ภาพที่ 1) และแสดงผลการวัดด้วยเข็มมิเตอร์ซึ่งติดอยู่กับขดลวดเคลื่อนที่แบบดาร์สันวัล ซึ่งจะหมุน ไปพร้อมกันเพื่อแสดงค่ากระแสไฟฟ้าบนสเกลของหน้าปัทม์ตามปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวด เคลื่อนที่ โดยสัญลักษณ์ของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแสดงดังภาพที่ 2

วงจรของแอมป์มิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

แอมป์มิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงซึ่งดัดแปลงจากขดลวดเคลื่อนที่แบบดาร์สันวัล จะพันขดลวดด้วย ลวดตัวนําขนาดเล็กจึงทําให้เกิดค่าความต้านทานน้อย ๆ ค่าหนึ่งขึ้นในขดลวดตัวนํา เรียกว่า ความต้านทาน ขดลวด (Moving Coil Resistance) ใช้สัญลักษณ์ว่า Rm ดังนั้นเมื่อนําไปใช้วัดกระแสไฟฟ้าจึงมีขีดจํากัดใน การวัดกระแสไฟฟ้าได้ปริมาณหนึ่งเท่านั้น ซึ่งค่ากระแสไฟฟ้าที่จํากัดนี้ เรียกว่า กระแสไฟฟ้าเต็มสเกล (Full Scale Current) หรือกระแสไฟฟ้าขดลวด (Moving Coil Current) ใช้สัญลักษณ์ว่า Im ซึ่งเป็นค่า กระแสไฟฟ้าที่ทําให้เข็มของมิเตอร์บ่ายเบนไปจนเต็มสเกล ดังนั้นจึงเขียนเป็นวงจรสมมูลของขดลวด เคลื่อนที่ได้ดังภาพที่ 3


จากวงจรสมมูลของขดลวดเคลื่อนที่ทําให้สามารถใช้กฎของโอห์มเขียนสมการเพื่อแสดง ความสัมพันธ์ของกระแสไฟฟ้าขดลวด ความต้านทานขดลวดและแรงดันไฟฟ้าได้ว่า

Im = —

เมื่อ

Im คือกระแสไฟฟ้าเต็มสเกลของขดลวด มีหน่วยเป็น แอมแปร์ (A)

Vm คือแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมบนขดลวด มีหน่วยเป็น โวลต์ (V)

Rm คือความต้านทานของขดลวด มีหน่วยเป็น โอห์ม (Ω)

โดยปกติค่ากระแสไฟฟ้าขดลวดหรือกระแสไฟฟูาเต็มสเกล (Im) ของขดลวดเคลื่อนที่จะมีค่าน้อย มากในระดับ ไมโครแอมแปร์ (μ Ampare) ทําให้การนําขดลวดเคลื่อนที่นี้ไปใช้วัดกระแสไฟฟ้าจึงมี ข้อจํากัดอย่างมากในด้านการใช้งานจริง ดังนั้นในการสร้างแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจะใช้ตัวต้านทาน (Resistor) ค่าน้อย ๆ มาต่อขนานกับขดลวดเคลื่อนที่เพื่อแบ่งกระแสไฟฟ้าส่วนที่เกินค่าพิกัดให้ไหลผ่าน แทน เพื่อขยายย่านวัดให้แอมมิเตอร์สามารถวัดปริมาณกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นตามความต้องการของ
ผู้ใช้งานและยังสามารถขยายให้วัดกระแสไฟฟ้าได้หลายย่านวัดตามความต้องการ โดยวงจรของแอมมิเตอร์ ไฟฟ้ากระแสตรงแสดงดังภาพที่ 4



การขยายย่านวัดของแอมมิเตอร์

ประยุกต์โดยใช้หลักการของวงจรขนาน (Parallel Circuit) ในการขยายให้แอมมิเตอร์สามารถวัด ปริมาณกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น โดยการนําตัวต้านทานชั้นท์ (Shunt Resistor : Rs) มาต่อขนานกับขดลวด เคลื่อนที่ (ภาพที่ 40) เพื่อแบ่งปริมาณกระแสไฟฟ้าของย่านวัด (I) ออกเป็นสองส่วน คือ 1) กระแสไฟฟ้า เต็มสเกลของขดลวดเคลื่อนที่ (Im) เพื่อทําให้แอมมิเตอร์แสดงผลปริมาณกระแสไฟฟ้าของย่านวัดได้
2) กระแสไฟฟ้าชั้นท์ (Shunt Current : Is) ซึ่งไหลผ่านตัวต้านทานชั้นท์ เพื่อแบ่งกระแสไฟฟ้าส่วนที่เกิน จากกระแสไฟฟ้าเต็มสเกลของขดลวดเคลื่อนที่ออก เพื่อปูองกันความเสียหายของขดลวดเคลื่อนที่เนื่องจาก กระแสไฟฟ้าเกิน ซึ่งตัวต้านทานชั้นท์ที่จะนํามาใช้งานนี้จะต้องมีค่าความต้านทานพอดีที่จะแบ่ง กระแสไฟฟ้าส่วนเกินออกไปจนกระทั่งกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดเคลื่อนที่มีเท่ากับกระแสไฟฟ้าเต็ม สเกลของขดลวดเคลื่อนที่อย่างพอดี
ดังนั้นการออกแบบแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงนี้จึงสามารถ ใช้กฏของโอห์ (Ohm’s law) และ หลักการของวงจรขนานเพื่อหาค่าความต้านทานของตัวต้านทานชั้นท์ได้ดังสมการ
จากภาพที่ 4โดยหลักการของวงจรขนานจะพบว่า Rs ต่อขนานกับ Rm และเมื่อพิจารณาจากกฏ ของโอห์มจะพบว่า Vs เท่ากับ Vm



แอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

โครงสร้างของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับจะประยุกต์ใช้ชุดขดลวดเคลื่อนที่แบบดาร์สันวัล เช่นเดียวกับแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ดังนั้นการใช้งานจึงต้องต่ออนุกรมกับวงจรที่ต้องการวัดหรือ อนุกรมกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่จะวัดเหมือนแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงทุกประการเพียงแต่การใช้งานไม่ต้อง คํานึงถึงขั้วของกระแสไฟฟ้าเหมือนกับแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ส่วนปริมาณกระแสไฟฟ้าที่วัดได้จะเป็น ค่าเฉลี่ยกําลังสอง หรือ ค่า อาร์เอ็มเอส (RMS : Root Mean Square) ของค่าไฟฟ้ากระแสสลับ ภาพที่ 6 แสดงสัญลักษณ์ของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งจะต่างจากแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงคือไม่มี เครื่องหมายแสดงขั้วไฟฟ้าหรือมี ∼ อยู่ใต้ตัว A



โครงสร้างของแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

เนื่องจากชุดขดลวดเคลื่อนที่แบบดาร์สันวัลนั้นใช้วัดปริมาณไฟฟ้ากระแสตรง ดังนั้นการดัดแปลง เป็นแอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับจึงต้องผ่านกระบวนการแปลงไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง ก่อนด้วยวงจรเรียงกระแส (Regtifier) ดังภาพที่ 7 ไฟฟ้ากระแสตรง (IDC ) ที่ผ่านกระบวนการเรียงกระแส นั้นจะมีค่าไม่เท่ากับค่าของไฟฟูากระแสสลับ (IAC ) ดังนั้นจึงต้องมีกระบวนการปรับแต่งสเกลของ แอมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อให้แสดงปริมาณกระแสไฟฟ้าได้อย่างถูกต้อง



เมื่อไฟฟ้ากระแสสลับได้รับการแปลงให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง (ภาพที่ 8) จะทําให้ปริมาณของ กระแสไฟฟ้าทั้งสองมีค่าไม่เท่ากัน ซึ่งจากการแปลงด้วยวงจรเรียงกระแสจะได้ความสัมพันธ์ของ กระแสไฟฟ้าทั้งสองดังนี้


สรุปสาระสําคัญ
แอมมิเตอร์ เป็นเครื่องมือวัดที่ดัดแปลงจากชุดขดลวดเคลื่อนที่แบบดาร์สันวัล ใช้สําหรับวัดปริมาณ กระแสไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ เนื่องจากภายในพันลวดตัวนําขนาดเล็กจึงเกิดค่าความต้านทาน ขึ้น เรียกว่า ความต้านทานขดลวด (Moving Coil Resistance) และค่ากระแสไฟฟ้าที่ทําให้เข็มของมิเตอร์ บ่ายเบนไปจนเต็มสเกล เรียกว่า กระแสไฟฟ้าเต็มสเกล (Full Scale Current) ซึ่งค่ากระแสไฟฟ้านี้จะมี ปริมาณน้อยมากจึงไม่สามารถวัดกระแสไฟฟ้าปริมาณสูงได้จึงต้องทําการดัดแปลงเครื่องมือวัดนี้ เรียกว่า การขยายย่านวัด
หลักการขยายย่านวัดใช้หลักการของวงจรขนาน (Parallel Circuit) โดยการนําตัวต้านทานชั้นท์ (Shunt Resistor : Rs) มาต่อขนานกับขดลวดเคลื่อนที่ เพื่อแบ่งปริมาณกระแสไฟฟ้าออกเป็นสองส่วน คือ กระแสไฟฟูาเต็มสเกลของขดลวดเคลื่อนที่ (Im) และกระแสไฟฟ้าซึ่งไหลผ่านตัวต้านทานชั้นท์ ซึ่งจะแบ่ง กระแสไฟฟ้าส่วนที่เกินจากกระแสไฟฟ้าเต็มสเกลของขดลวดเคลื่อนที่ออกไป ซึ่งทําให้กระแสไฟฟ้าทั้งสอง เป็นสัดส่วนกันอย่างพอดี ดังนั้นการบ่ายเบนไปของขดลวดเคลื่อนที่เนื่องจากกระแสไฟฟ้าปริมาณสูงจึงเป็น สัดส่วนกับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ถูกแบ่งให้ไหลผ่านขดลวดเคลื่อนที่ จึงทําให้สามารถเขียนสเกลใหม่บน สเกลเดิมได้ รวมทั้งยังสามารถใช้เทคนิคเดียวกันนี้ประยุกต์ใช้สร้างแอมมิเตอร์แบบหลายย่านวัดได้