วัดกระแสแล้ววงจรเปลี่ยน: แรงดันตกภายในมิเตอร์

การใส่มิเตอร์อนุกรมเพื่อวัดกระแสเป็นการเพิ่มส่วนประกอบเข้าไปในทางจ่ายจริง มิเตอร์ไม่ได้โปร่งใสทางไฟฟ้า หากแรงดันที่เสียไปในมิเตอร์มีนัยสำคัญ โหลดอาจได้รับแรงดันลดและกินกระแสต่างจากเดิม ผลที่อ่านได้จึงอาจถูกต้องสำหรับวงจรหลังใส่มิเตอร์ แต่ไม่แทนวงจรก่อนใส่ บทความนี้ใช้ตัวอย่างบนชุดจ่ายแรงดันต่ำเพื่อแยกสองสถานการณ์ออกจากกัน

แรงดัน burden เกิดตรงไหนในทางวัด

มิเตอร์วัดกระแสแบบชันต์ให้กระแสไหลผ่านความต้านทานภายในแล้ววัดแรงดันคร่อมเพื่อคำนวณกระแส ทางจริงยังมีฟิวส์ จุดต่อ สายวัด และส่วนป้องกันที่อาจเพิ่มแรงดันตก คำว่า burden voltage มักใช้อธิบายแรงดันที่ระบบวัดกระแสทำให้เกิด ต้องอ่านนิยามสเปกว่ารวมส่วนใดและอ้างกระแสเท่าไร ไม่ใช้ค่าชันต์อย่างเดียวแทนทุกส่วนโดยไม่ตรวจ

ย่านกระแสเล็กอาจใช้ความต้านทานตรวจจับสูงเพื่อให้แรงดันที่วัดได้มีขนาดพอ จึงไม่ได้แปลว่าย่านที่ละเอียดที่สุดรบกวนวงจรน้อยที่สุด เครื่องที่เปลี่ยนย่านอัตโนมัติอาจเปลี่ยนอิมพีแดนซ์ทางวัดระหว่างการทำงานด้วย ผลจึงต้องพิจารณาทั้งค่าคงที่และการเปลี่ยนชั่วคราว ไม่ดูเพียงขนาดกระแสที่แสดงหลังทุกอย่างนิ่งแล้ว

1. 1
   ก่อนใส่มิเตอร์

   แรงดันแหล่งแบ่งตามภาระและสายเดิม

2. 2
   ใส่อนุกรม

   เส้นทางวัดและสายเพิ่มแรงดันตก

3. 3
   แรงดันภาระ

   แรงดันที่ชิ้นงานได้รับอาจลดจนพฤติกรรมเปลี่ยน

4. 4
   ตรวจร่วม

   วัดแรงดันที่ภาระเพื่อแยกผลของเครื่องจากอาการเดิม

กระแสที่อ่านอาจเป็นกระแสของวงจรหลังถูกเครื่องมือรบกวน

ตัวอย่างสมมติ: 33 mA กลายเป็น 30 mA เพราะเครื่องมือ

ให้แหล่งอุดมคติ 3.30 V จ่ายตัวต้านทานโหลด 100 Ω โดยยังไม่มีมิเตอร์ กระแสคือ 3.30/100 = 0.033 A หรือ 33 mA สมมติระบบวัดกระแสที่ใส่เพิ่มมีความต้านทานรวม 10 Ω วงจรใหม่มี 110 Ω กระแสจึงเป็น 30 mA และโหลดได้รับแรงดัน 0.030×100 = 3.00 V ส่วนมิเตอร์ทำให้ตก 0.30 V

ค่ากระแส 30 mA อาจเป็นค่าที่เครื่องอ่านถูกต้อง แต่ต่ำกว่ากระแสเดิมประมาณ 9.09% ถ้าผู้ทดลองไม่วัดแรงดันถึงโหลด อาจสรุปว่าตัวต้านทานมีค่ามากขึ้นหรือแหล่งกำลังอ่อน ทั้งที่ความต่างมาจากการเพิ่มเครื่องมือ ตัวเลข 10 Ω เป็นสมมติเพื่อให้เห็นผลชัด ไม่ใช่ค่าของมิเตอร์ทั่วไปหรือคำแนะนำให้ต่อความต้านทานนั้นเข้ารถ

อุปกรณ์ที่มีเกณฑ์แรงดันอาจเปลี่ยนสถานะเมื่อถูกวัด

สมมติชุดฝึกอิเล็กทรอนิกส์ต้องได้แรงดันมากกว่า 3.10 V จึงคงสถานะทำงาน และทางวัดทำให้แรงดันถึงชุดเหลือ 3.00 V ดังในตัวอย่าง ชุดฝึกอาจหยุดหรือเริ่มใหม่ตามการออกแบบ จากนั้นกระแสเปลี่ยนอีก ทำให้ผลไม่เป็นโหลดตัวต้านทานคงที่แล้ว การเห็นกระแสสลับไปมาหลังใส่มิเตอร์จึงเป็นเหตุให้ตรวจว่าระบบวัดเปลี่ยนเงื่อนไขเลี้ยงหรือไม่

การหมุนเพิ่มแรงดันแหล่งเพื่อชดเชยทันทีมีความเสี่ยง เพราะเมื่อถอดมิเตอร์หรือกระแสลด แรงดันตกในทางวัดลดตามและโหลดอาจได้รับแรงดันสูงเกินที่ตั้งใจ ทางที่มีเหตุผลคือเลือกระบบวัดที่มี burden เหมาะ ตรวจแรงดันถึงโหลด และใช้การชดเชยที่ออกแบบไว้ภายในขอบเขตเครื่อง ไม่ปรับแหล่งตามตัวเลขกระแสโดยไม่ตรวจแรงดันจริง

1. 1
   เดิม

   3.3/100 = 33 mA

2. 2
   เพิ่มทางวัด

   ความต้านทานรวมเป็น 110 Ω

3. 3
   กระแสใหม่

   3.3/110 = 30 mA

4. 4
   แรงดันภาระ

   30 mA × 100 Ω = 3.0 V ต่ำกว่าเกณฑ์สมมติ 3.1 V

ตัวอย่างสมมติภาระ 100 Ω แสดงผลโหลดของมิเตอร์

นำไปใช้วางการวัดก่อนตัดทางกระแส

1. อ่านข้อกำหนดกระแสเริ่มต้น กระแสคงที่ และแรงดันขั้นต่ำของชุดทดลอง แล้วเลือกวิธีวัดที่รองรับทั้งหมด
2. ตรวจพิกัดช่องกระแส ฟิวส์ และ burden ของย่านที่ตั้งใจใช้ รวมผลสายและหัวต่อภายนอก
3. ปิดพลังงานก่อนจัดมิเตอร์อนุกรมตามคู่มือ อย่าเอาช่องกระแสต่อคร่อมแหล่งจ่าย
4. เมื่อเปิดชุดฝึก วัดแรงดันถึงโหลดด้วยวิธีที่เหมาะเพื่อดูว่าการใส่มิเตอร์เปลี่ยนเงื่อนไขหรือไม่
5. ถ้าต้องเปลี่ยนย่านหรือวิธีวัด ให้ปิดและจัดการตามขั้นตอนของเครื่อง พร้อมเก็บผลก่อนหลังและจุดวัดแรงดันไว้เทียบ

หากเลือกแคลมป์เพื่อหลีกเลี่ยงการตัดทางกระแส ต้องตรวจความไวและการเลื่อนศูนย์ที่กระแสเล็กด้วย มิเตอร์อนุกรมอาจรบกวนแรงดัน ขณะที่แคลมป์อาจไม่ละเอียดพอสำหรับผลต่างที่ต้องการ ไม่มีวิธีใดดีกว่าเสมอ การเลือกจึงต้องเทียบข้อจำกัดกับคำถาม เช่น ต้องรู้กระแสคงที่ระดับใดหรือจับการเปลี่ยนเร็วเท่าไร

แยกแรงดันตกในสายออกจากสเปกภายใน

สมมติระบบมีแรงดันตกที่มิเตอร์ 80 mV และสายภายนอกอีก 40 mV ภายใต้กระแส 20 mA แรงดันที่โหลดเสียไปทั้งหมดคือ 120 mV ไม่ใช่ 80 mV ตามค่าที่ตรวจเฉพาะขั้วเครื่อง การคำนวณความต้านทานสมมูลทางวัดรวมจะเป็น 0.120/0.020 = 6 Ω แต่ค่านี้เป็นผล ณ กระแสและเงื่อนไขนั้น หากส่วนป้องกันไม่เป็นเชิงเส้นจะนำไปใช้กับกระแสอื่นตรง ๆ ไม่ได้

เมื่อใช้มิเตอร์แรงดันอีกตัวตรวจคร่อมระบบวัดกระแส ต้องรักษาพิกัดและจุดอ้างอิงให้เหมาะกับวงจร การทดลองควรอยู่บนโต๊ะที่รู้โครงสร้างทั้งหมด ไม่ใช้เครื่องมือหลายตัวต่อร่วมกับรถโดยไม่รู้กราวด์ร่วม การเพิ่มเครื่องอ้างอิงยังเพิ่มภาระทางแรงดันเล็กน้อยด้วย ซึ่งควรประเมินเมื่อกระแสที่ต้องการวัดมีขนาดต่ำมาก

ตรวจสอบด้วยสองวิธีภายใต้แรงดันโหลดเท่ากัน

บนโหลดตัวต้านทานที่ทราบค่า สามารถวัดแรงดันถึงโหลดแล้วคำนวณ I = V/R เปรียบเทียบกับมิเตอร์อนุกรม โดยรวมความคลาดเคลื่อน R และแรงดัน หากค่าตรงกันจะสนับสนุนว่ากระแสหลังใส่มิเตอร์เป็นเท่านั้นจริง แต่ยังไม่ตอบกระแสก่อนใส่ ต้องเก็บแรงดันถึงโหลดก่อนใส่ด้วยจึงจะแยกผลรบกวนของการวัดออกได้

อีกการเปรียบเทียบคือใช้ระบบวัดที่ burden ต่ำกว่าภายในพิกัด แล้วดูว่าแรงดันโหลดและกระแสเปลี่ยนตามแบบจำลองหรือไม่ หากแรงดันเท่ากันแต่กระแสต่างเกินขอบความไม่แน่นอน ควรตรวจความสามารถจับสัญญาณและชนิดการอ่านเพิ่มเติม ไม่เหมาว่าความต่างทั้งหมดมาจาก burden เพราะเครื่องสองชนิดอาจเฉลี่ยคนละช่วงเวลา

รายงานควรบอกกระแสที่อ่านพร้อมแรงดันถึงโหลดและวิธีต่อ เช่น อ่าน 30 mA ขณะโหลดได้ 3.00 V หลังเพิ่มทางวัด 10 Ω ตามแบบจำลอง การแยกผลเช่นนี้ทำให้ผู้ตรวจรู้ว่าข้อมูลแทนสภาพใด และไม่เอาผลหลังเครื่องมือรบกวนไปเป็นสเปกการกินกระแสของอุปกรณ์ในสภาวะปกติโดยไม่ตรวจเพิ่มเติม