전류계 및 전압계 사용법 예비보고서

문서 내 토픽

1. 가동 코일형 계기의 원리

영구 자석이 만드는 자계 내에 가동 코일을 놓고 측정 전류를 흘리면 전자력이 발생한다. 이 전자력을 구동 토크로 하는 영구 자석 가동 코일형 계기에서 구동 토크는 Td=abBIN이고, 환상 스프링의 제어 토크 Tc=kcθ와 평형을 이루어 회전각 θ는 피측정 전류 I에 비례한다. 따라서 가동 코일의 회전각은 균등눈금으로 나타낼 수 있다.
2. 직류 전류계의 구조와 측정

가동 코일형 계기는 직류 전류계로 사용되며, 가동 코일에 직접 흘릴 수 있는 전류는 약 50mA이다. 더 큰 전류 측정을 위해 분류기(Shunt) Rs를 가동 코일과 병렬로 접속하여 전류의 일부를 분류시킨다. 피측정 전류 I는 I=((Ri+Rs)/Rs)Ii=mIi로 표현되며, 전류계의 내부저항은 가급적 작아야 측정 오차를 줄일 수 있다.
3. 직류 전압계의 구조와 측정

가동 코일형 계기를 피측정 회로와 병렬로 연결하면 전압계로 사용할 수 있다. 측정 범위를 확대하기 위해 배율기(Multiplier) Rm을 가동 코일과 직렬로 접속한다. 피측정 전압 V는 V=((Ri+Rm)/Ri)v=mv로 표현된다. 전압계의 내부저항을 크게 하면(Ri>>R1) 측정 오차를 최소화할 수 있다.
4. 교류용 가동 코일형 계기

직류용 가동 코일형 계기에 교류가 흐르면 구동 토크 방향이 반주기마다 바뀌어 지침이 영점 주위에서 진동한다. 교류 측정을 위해서는 교류를 정류하여 구동 토크가 같은 방향을 갖도록 해야 한다. 고정 코일의 전류에 의해 발생한 자계로 철편들이 자화되며, 구동 토크는 Td=kdi²에 비례하고 회전각 θ=ki²로 표현된다.

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1. 주제1 가동 코일형 계기의 원리

가동 코일형 계기는 전자기 유도 원리를 기반으로 하는 중요한 측정 장치입니다. 코일이 자기장 내에서 회전할 때 발생하는 토크를 이용하여 전류나 전압을 측정하는 방식으로, 매우 정확하고 신뢰성 높은 측정이 가능합니다. 이 원리는 간단하면서도 효과적이어서 오랫동안 아날로그 계기의 표준으로 사용되어 왔습니다. 특히 직류 측정에서 우수한 성능을 보이며, 기계적 구조가 견고하여 산업 현장에서 광범위하게 활용됩니다. 다만 디지털 계기의 발전으로 점차 그 사용 빈도가 감소하고 있지만, 기본 원리 이해와 교육 목적으로는 여전히 중요한 가치를 지니고 있습니다.
2. 주제2 직류 전류계의 구조와 측정

직류 전류계는 가동 코일형 계기의 가장 기본적인 응용 형태로, 회로에 직렬로 연결하여 전류를 측정합니다. 내부 저항이 매우 작아야 측정 대상 회로에 미치는 영향을 최소화할 수 있으며, 이를 위해 분류기(shunt)를 병렬로 연결하여 측정 범위를 확대합니다. 구조적으로 단순하고 측정 정확도가 높아 실험실과 산업 현장에서 널리 사용됩니다. 다만 극성을 반대로 연결하면 바늘이 역방향으로 움직이거나 손상될 수 있으므로 주의가 필요합니다. 현대에는 디지털 멀티미터가 주로 사용되지만, 아날로그 전류계의 원리 이해는 전기 기초 교육에서 필수적입니다.
3. 주제3 직류 전압계의 구조와 측정

직류 전압계는 가동 코일형 계기에 높은 저항값의 배수 저항기(multiplier)를 직렬로 연결하여 구성됩니다. 회로에 병렬로 연결되어 전압을 측정하며, 내부 저항이 충분히 커야 측정 대상 회로에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다. 배수 저항기의 값을 조절하여 다양한 측정 범위를 구현할 수 있으며, 이는 전압계 설계의 핵심 요소입니다. 직류 전압계는 측정 정확도가 높고 응답 속도가 빨라 정밀한 전압 측정이 필요한 상황에서 유용합니다. 다만 극성을 잘못 연결하면 계기가 손상될 수 있으므로 주의가 필요하며, 현대에는 디지털 전압계가 더 많이 사용되고 있습니다.
4. 주제4 교류용 가동 코일형 계기

교류용 가동 코일형 계기는 기본적인 가동 코일형 계기에 정류 회로를 추가하여 교류 신호를 직류로 변환한 후 측정하는 방식입니다. 다이오드 정류기를 사용하여 교류를 반파 또는 전파 정류하고, 이를 가동 코일형 계기로 측정합니다. 이 방식은 교류 신호의 평균값을 측정하므로 정현파 신호의 경우 RMS값으로 보정하여 표시합니다. 구조적으로는 직류 계기보다 복잡하지만, 교류 측정이 필요한 많은 응용 분야에서 사용되었습니다. 다만 비정현파 신호에 대해서는 측정 오차가 발생할 수 있으며, 현대에는 디지털 교류 계기가 더 정확한 측정을 제공하므로 점차 사용이 감소하고 있습니다.

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