본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
실험 목적은 (1) 가동 코일형 계기의 구조와 원리를 이해하고 직류전용인 가동 코일형 계기로 교류의 전압·전류를 측정할 수 있는 방법을 익히는 것이다. (2) 전류계 및 전압계의 사용법을 익히고 내부저항에 의한 측정상의 오차를 고찰하는 것이다.
가동 코일형 계기는 영구 자석의 자계 속에 가동코일을 설치하고 이에 측정하고자 하는 전류를 흐르게 하여 지침을 측정하는 계기이다. 이 계기는 극성을 가지고 전류 방향으로 지침의 움직임이 결정되며, 눈금이 등분눈금이고 감도가 좋지만 직류 전용이다. 교류를 측정하기 위해서는 교류를 정류하여 구동 토크가 정(+), 부(-)의 반주기에서 같은 방향을 갖도록 해야 한다.
가동철편형 전류계는 움직일 수 있는 철심과 고정된 코일이 함께 들어 있어, 코일에 전류가 흐르면 철심이 자기화되고 자기력에 의한 힘과 용수철의 힘이 평형을 이루면서 철심이 회전하게 된다. 따라서 이 전류계는 직류와 교류 모두 측정할 수 있다.
이번 실험을 통해 가동 코일형 계기와 가동철편형 계기의 원리와 구조를 이해하고, 전류계와 전압계의 사용법 및 내부저항에 의한 측정상의 오차를 고찰할 수 있을 것이다.
1.2. 실험 기기 및 재료
실험 기기 및 재료는 다음과 같다.
(1) 전원: DC 전원 공급기
(2) 직류 전류계: 최대 지시눈금 25 [mA]
(3) 직류 전압계: 최대 지시눈금 30 [V]
(4) 저항(1/4 [W]): 1 [kΩ], 2 [kΩ] 2개, 10 [kΩ], 20 [kΩ] 2개
실험에 사용되는 계측기로는 직류 전류계와 직류 전압계가 사용되며, 직류 전원 공급장치를 통해 전원을 공급받는다. 또한 다양한 저항 소자들이 실험에 사용된다."
2. 이론 및 원리
2.1. 가동 코일형 계기의 구조와 원리
가동 코일형 계기는 영구 자석에 의한 자계(磁界) 속에 가동코일을 설치하고, 이것에 측정하고자 하는 전류를 흐르게 하여 지침을 움직이는 계기이다. 이 계기의 특징은 먼저 극성을 가지고 있어 전류의 방향에 따라 지침의 흔들리는 방향이 결정된다. 또한 눈금이 등분눈금이며 감도가 좋다는 장점이 있지만, 직류 전용이라는 단점이 있다.
구체적으로는 고정된 영구자석 사이에 코일이 설치되어 있으며, 코일에 전류가 흐르면 전자기력에 의해 코일이 회전하게 된다. 코일의 회전 각도는 코일에 흐르는 전류의 크기에 비례하며, 이를 지침의 움직임으로 나타내어 전류의 크기를 측정할 수 있다. 코일에는 용수철이 연결되어 있어 전자기력과 용수철의 복원력이 평형을 이룰 때 지침이 정지하게 된다.
따라서 가동 코일형 계기는 영구 자석에 의한 자기장 속에서 코일에 흐르는 전류의 크기에 비례하여 지침이 움직이는 원리를 이용한 것이다. 이러한 특성으로 인해 가동 코일형 계기는 감도가 매우 우수하지만 직류 전용이라는 단점이 있다.
2.2. 전류계 및 전압계의 동작 원리
전류계의 동작 원리는 전류가 흐르는 회로 내에 연결되어 있는 전류계에 흐르는 전류에 비례하여 발생하는 자기력을 이용하는 것이다. 가동 코일형 전류계는 영구자석 속에 감긴 코일이 회전하여 지침을 움직이는 방식으로 동작한다. 코일에 전류가 흐르면 전자기력이 발생하여 코일이 회전하고, 이에 따라 지침이 움직이게 된다. 이때 코일의 회전각이 전류에 정확히 비례하도록 되어 있어 전류를 정밀하게 측정할 수 있다.
반면 전압계는 전류계와 비슷한 구조를 가지고 있지만, 전압을 측정하기 위해서는 내부 저항을 크게 만들어야 한다. 전압계는 전압에 비례하는 전류가 흐르도록 되어 있는데, 이때 전압계의 내부 저항이 매우 크면 피측정 회로에 거의 영향을 미치지 않게 된다. 따라서 전압계는 병렬로 연결되어 전압을 측정하게 된다.
즉, 전류계는 직렬로 연결되어 전류를 측정하고, 전압계는 병렬로 연결되어 전압을 측정한다. 이때 전압계의 내부 저항은 가능한 한 크게 만들어 피측정 회로에 미치는 영향을 최소화해야 한다.
2.3. 직류 전용 가동 코일형 계기의 교류 전압·전류 측정 방법
직류 전용 가동 코일형 계기로는 교류의 전압·전류를 직접 측정할 수 없다. 그 이유는 가동코일에 교류전류가 흐르면 구동 토크의 방향이 (+) 반주기와 (-) 반주기에서 각각 다르...
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