개념 한 쪽
공조냉동기계산업기사 전류계·전압계·절연저항계 사용법 — 옴의 법칙과 계기 접속
계측은 옴의 법칙으로 회로를 읽고, 계기를 회로에 어떻게 붙이는지로 나뉜다. 저항 변화에 따른 전류 변화, 휘트스톤 브리지, 전압계의 병렬 접속과 내부저항, 분류저항, 열량 환산, 가동코일형 계기를 본다.
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뜻
옴의 법칙 I=V/R에서 전류는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다. 전압이 일정할 때 저항이 10% 감소하면 전류는 1/0.9배인 약 1.11배가 된다. 전류를 25% 증가시키려면 저항은 1/1.25배인 0.8배로 줄인다.
저항 측정에 전원공급장치, 검출계, 4개의 저항을 쓰고 그 가운데 하나를 미지저항으로 두어 나머지 세 저항의 관계로 값을 구하는 방법은 휘트스톤 브리지이다. 메거는 절연저항 측정에 쓰고, 전위차계는 전압 측정에 쓴다.
전압계는 회로의 전압을 재기 위해 병렬로 접속하며 내부저항이 크다. 직렬로 접속한다고 보면 계기의 기본 접속 원리와 어긋난다.
병렬 회로에서는 전류가 저항에 반비례해 나뉜다. I1:I2=R2:R1이므로 R1에 3A, R2에 1.5A가 흐르면 R1은 R2의 절반 저항값을 가진다.
저항 R에 100V로 10A를 1분간 흘리면 전력은 100×10=1,000W이고, 열량은 1,000W×60s=60,000J이다. 1kcal=4,186J로 나누면 약 14.4kcal가 된다.
전압계로 전원의 단자전압을 잴 때 계기의 내부저항이 회로에 영향을 준다. 내부저항 250Ω일 때 50V, 1,000Ω일 때 100V가 측정되었다면 V=E×Rv/(Rv+r)를 두 조건에 세워 내부저항 r=500Ω, 기전력 E=150V를 구한다.
전류계의 측정 범위를 넓히려면 분류저항을 병렬로 붙인다. 최대 눈금 10mA, 내부저항 6Ω인 전류계로 40mA까지 재려면 Rs=Rm×Im/(I-Im)=6×10/(40-10)=2Ω이다.
직류회로에서 자계와 전류 사이의 전자력을 이용하는 계측기는 가동코일형이다. 유도형은 교류, 정전형은 정전기력, 가동철편형은 자화 원리를 이용한다.
예제
선지 판단은 저항 10% 감소에 전류 1.11배를 적용하는지, 미지저항을 4개 저항의 관계로 구하는 방법을 휘트스톤 브리지로 짚는지, 전압계를 병렬 접속·큰 내부저항으로 보는지, 병렬 전류 분배에서 3A와 1.5A의 비로 저항 관계를 읽는지, 60,000J을 4,186으로 나눠 14.4kcal를 얻는지, 전압계 내부저항 보정으로 E=150V를 구하는지, 분류저항 2Ω을 계산하는지, 직류 전자력 계기를 가동코일형으로 고르는지에서 갈린다. 옴의 법칙과 계기 접속 원리를 맞게 적용한 선지가 맞고, 전압계를 직렬로 접속한다고 본 선지와 분류저항 공식의 분모를 잘못 세운 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 전압계는 회로에 어떻게 접속하나요?
- 병렬로 접속합니다. 전압계는 내부저항이 커서 회로에 거의 영향을 주지 않도록 만들어집니다.
- 4개의 저항으로 미지저항을 구하는 측정법은 무엇인가요?
- 휘트스톤 브리지입니다. 전원공급장치와 검출계, 4개의 저항을 구성해 나머지 세 저항의 관계로 미지저항을 구합니다.
- 전류계의 측정 범위를 넓히려면 무엇을 붙이나요?
- 분류저항을 병렬로 붙입니다. 최대 10mA·내부저항 6Ω인 계기로 40mA를 재려면 2Ω을 연결합니다.
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