เครื่องวัดแบบชี้ค่าศูนย์ Null Type Instrument

เครื่องวัดแบบชี้ค่าศูนย์ (Null Type Instrument) ใช้แก้ปัญหา Load Effect ที่มักจะพบเสมอๆ เนื่องจากโวลต์มิเตอร์ถึงแม้จะมี input impedance สูง ก็ยังคงมีกระแสค่าหนึ่งไหลผ่านโวลต์มิเตอร์  เกิดความผิดพลาดในการวัด !! เป็นการวัดแบบสมดุล เครื่องมือที่ใช้วัดจะไม่มีกระแสไหลผ่านตัวมัน ประเภทของเครื่องวัดแบบชี้ค่าศูนย์ - Potentiometer Circuit - DC Bridges และ AC Bridge

ผลการโหลดของโวลต์มิเตอร์ กรณีวัดแรงดันไฟฟ้า ไม่มี Voltmeter มี Voltmeter

ผลการโหลดของโวลต์มิเตอร์ กรณีวัดความต้านทานไฟฟ้า (1)

ผลการโหลดของโวลต์มิเตอร์ กรณีวัดความต้านทานไฟฟ้า (2)

Potentiometer Circuit

โพเทนชิโอมิเตอร์ (Potentiometer Circuit) ใช้แก้ปัญหา Loading ที่เกิดในระหว่างวัดแรงดันไฟฟ้า DC เป็นการวัดแบบสมดุล เวลาใช้งานจะไม่มีการดึงกระแสจากวงจรที่ทำการวัด ทำการวัดแรงดันที่ไม่ทราบค่าโดยการเปรียบเทียบกับแรงดันที่ทราบค่า โดยใช้กัลวานอมิเตอร์ (ขดลวดเคลื่อนที่) เป็นตัวตรวจสอบความสมดุลของแรงดันทั้ง 2 ข้าง

Basic Potentiometer Circuit วงจรแบ่งแรงดัน + Vout - ปรับ potentiometer จน Vout = VX นำค่า R1 ที่ได้ ไปเทียบกับสเกล ว่าเทียบเท่ากับแรงดันกี่ Volt

Sliding Wire ลวดความต้านทาน

Basic Potentiometer Circuit ต่อกัลวานอมิเตอร์ เพื่อควรตรวจสอบว่า Vout เท่ากับ VX หรือไม่ Vout = VX เข็มจะชี้ค่าศูนย์

Potentiometer Circuit

การใช้งานวงจรโพเทนชิโอมิเตอร์ จะมี 2 ขั้นตอน คือ - ขั้นตอนปรับเทียบ (Calibrate) - ขั้นตอนการวัด (Operate)

- ขั้นตอนปรับเทียบ (Calibrate) ปรับ R1 จนกระทั้งกระแสที่ไหลผ่าน G มีค่าเป็นศูนย์ แรงดันคร่อมลวดความต้านทาน VBC มีค่าเท่ากับแรงดันเซลล์มาตรฐาน

- ขั้นตอนการวัด (Operate) เลื่อน C ไปตามลวด AB จนกระทั่ง G อ่านค่าได้เป็นศูนย์ วัดระยะของ BC แล้วคิดเทียบเป็นแรงดันของ VX

ตัวอย่างที่ 1 วงจร potentiometer ดังรูป ต่อเข้ากับเซลล์มาตรฐานขนาด 7 V โดยลวดความต้านทานมีสเกล (AB) 100 ช่อง เมื่อทำการปรับเทียบเรียบร้อยแล้ว พบว่า ระยะ AC เท่ากับ 70 ช่อง จงหาอัตราส่วน V/ช่อง ของวงจรนี้

70 ช่อง วัดแรงดันได้ 7 V 100 ช่อง วัดแรงดันได้ สเกลของ Potentiometer ตัวนี้ เท่ากับ

ตัวอย่างที่ 2 ถ้านำ Potentiometer จากตัวอย่างที่ 1 ไปใช้วัดแรงดันค่าหนึ่ง เมื่ออ่านค่า G=0 แล้วพบว่า จุด C ที่เลื่อนไป ห่างจากจุด A ไป 58 ช่อง จงหาค่าแรงดันที่อ่านได้ Potentiometer มีสเกล 0.1 V/ช่อง อ่านแรงดันได้ 58 ช่อง  = 58 x 0.1 = 5.8 V

ตัวอย่างที่ 3 วงจร Potentiometer มีลักษณะดังรูป โดยลวดความต้านทาน (Slide Wire) มีขนาด 300 โอห์ม ยาว 200 cm โดยที่แต่ละช่องมีความกว้าง 1 mm เมื่อทำการปรับเทียบกับเซลล์อ้างอิงขนาด 1.019 V พบว่าลวดความต้านชี้ไปที่ระยะ 101.9 cm

จงหา กระแสที่ไหลในวงจร (Working Current) 2. ความต้านทาน R ที่ตั้งไว้ 3. ย่านของการวัด (Measurement Range) 4. ความละเอียด (Resolution) ถ้าสามารถอ่านค่าได้ ในระดับครึ่งหนึ่งของช่องที่แบ่งไว้ (0.5 mm)

3 V

กระแสที่ไหลในวงจร (Working Current) ลวดตัวนำยาว 200 cm มีความต้านทาน 300 โอห์ม ลวดตัวนำยาว 101.9 cm มีความต้านทาน

กระแสในวงจร

2. ความต้านทาน R ที่ตั้งไว้ ลวดตัวนำยาว 101.9 cm มีแรงดันเท่ากับ 1.019 V ลวดตัวนำยาว 200 cm มีแรงดันเท่ากับ

แรงดันคร่อมตัว R เท่ากับ

3. ย่านของการวัด (Measurement Range) = 2 V (สุดสเกล) 4. ความละเอียด (Resolution) ถ้าสามารถอ่านค่าได้ ในระดับครึ่งหนึ่งของช่องที่แบ่งไว้ (0.5 mm) ลวดตัวนำยาว 200 cm มีแรงดันเท่ากับ 2 V ลวดตัวนำยาว 0.5 mm มีแรงดันเท่ากับ

หาขนาดแรงดันของแต่ละช่องสเกล ลวดตัวนำยาว 200 cm มีแรงดันเท่ากับ 2 V ลวดตัวนำยาว 1 mm มีแรงดันเท่ากับ 1 cm 200 cm 1 mV

ตัวอย่างที่ 4 The Slide – Wire Potentiometer is equipped with a 10 turns slide wire with a total resistance of 10 Ohm and a 15 step dial switch with 10 Ohm/step resistance. The circular slide-wire scale has 100 divisions, and interpolation can be made to 1/5 of a division. If the magnitude of the working voltage is 3 V, calculate the following The measurement range 2. The resolution 3. The working current 4. The Resistance of the Rheostat

3 V แบ่งเป็น 10 รอบ ใน 1 รอบ แบ่ง 100 ช่อง

The measurement range กระแสในวงจร ย่านการวัด =

2. The resolution พิจารณาที่ Slide Wire ลวดตัวนำ 10 รอบ มีแรงดัน 0.1 V ลวดตัวนำ 1 รอบ มีแรงดัน พิจารณาที่ Slide Wire 1 รอบ (10 mV) ลวดตัวนำ 100 ช่อง มีแรงดัน 10 mV ลวดตัวนำ 1 ช่อง มีแรงดัน

สามารถอ่านได้ละเอียดถึงระดับ 1/5 ของช่อง

3. The working current = 10 mA 4. The Resistance of the Rheostat 3 V