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 것이며, (2) 전류계 및 전압계의 사용법을 익히고 내부저항에 의한 측정상의 오차를 고찰하는 것이다."
1.2. 실험 기자재
실험 기자재는 전원, 직류 전류계, 직류 전압계, 저항으로 구성되어 있다.
전원으로는 DC 전원 공급기가 사용되었다. 이 전원 공급기는 직류 전압을 공급할 수 있는 장치이다.
직류 전류계는 최대 지시눈금이 25 [mA]인 모델이 사용되었다. 직류 전류계는 회로에 직렬로 연결하여 전류를 측정하는 계기이다.
직류 전압계는 최대 지시눈금이 30 [V]인 모델이 사용되었다. 직류 전압계는 회로에 병렬로 연결하여 전압을 측정하는 계기이다.
저항으로는 1/4 [W] 용량의 1 [kΩ], 2 [kΩ] 2개, 10 [kΩ], 20 [kΩ] 2개가 사용되었다. 이 저항들은 실험 회로를 구성하는데 사용된다.
2. 가동 코일형 계기
2.1. 구조와 원리
가동 코일형 계기의 구조와 원리는 다음과 같다.
가동 코일형 계기는 영구 자석에 의한 자계(磁界) 속에 가동코일을 설치하고 이것에 측정하고자 하는 전류를 흐르게 하여 지침을 측정하는 계기이다. 그 내부 구조는 다음과 같다.
고정된 영구 자석의 자극 사이에 회전축이 설치되어 있고, 그 회전축에는 가동코일이 감겨 있다. 회전축의 한쪽 끝에는 지침이 연결되어 있으며, 다른 쪽 끝에는 복원력을 제공하는 용수철이 연결되어 있다.
가동코일에 전류가 흐르면 전자기력에 의해 회전축이 회전하게 되고, 이에 따라 지침이 움직여 전류의 크기를 나타낸다. 이때 회전축의 회전 각도는 가동코일에 흐르는 전류의 크기에 비례하게 된다. 용수철의 복원력과 전자기력이 평형을 이룰 때 지침은 정지하게 된다.
따라서 가동 코일형 계기는 전자기력을 이용하여 전류의 크기를 측정하는 원리를 가지고 있다고 할 수 있다.
2.2. 특징
가동 코일형 계기의 특징은 다음과 같다.
첫째, 극성을 가지고 전류 방향으로 지침의 흔들리는 방향이 결정된다. 즉, 전류의 방향에 따라 지침이 움직이는 방향이 달라진다.
둘째, 눈금이 등분눈금이다. 계기의 눈금이 균일하게 분포되어 있어 눈금 간 간격이 동일하다.
셋째, 감도가 좋다. 전류가 흐르면 자기장과 상호작용하여 큰 구동토크가 발생하여 지침의 움직임이 민감하다.
넷째, 직류 전용이다. 직류전류가 흐를 때만 지침이 움직이며, 교류전류가 흐르면 구동토크의 방향이 반전되어 지침이 안정적으로 측정되지 않는다.
3. 전류계
3.1. 가동 코일형 전류계
가동 코일형 전류계는 영구 자석의 자계 내에 놓인 가동 코일에 전류가 흐르면 자계와 전류 사이에 생기는 전자기력을 이용하여 전류를 측정하는 계기이다.
가동 코일형 전류계는 고정 자석을 사용하기 때문에 무겁지만 감도가 양호하여 코일의 권수를 크게 할수록 감도를 더욱 좋게 할 수 있다. 코일에 전류가 흐르면 코일은 전자석과 같아져 영구자석의 자기장에 의해 회전하게 되는데, 이때 영구자석의 자기장에 의한 돌림힘과 용수철의 복원력에 의한 돌림힘이 같아질 때 회전을 멈추게 된다. 코일을 감은 철심으로 이루어진 전자석의 자기장 세기는 코일에 흐르는 전류값 및 감은 수에 비례하기 때문에 철심이 회전하는 정도로부터 코일에 흐르는 전류값을 측정할 수 있게 된다.
가동 코일형 전류계의 특징은 다음과 같다. 첫째, 극성을 가지고 전류 방향으로 지침의 흔들리는 방향이 결정된다. 둘째, 눈금이 등분눈금이다. 셋째, 감도가 좋다. 넷째, 직류 전용이다.
이때 직류용 가동 코일형 계기의 코일에 교류전류가 흐르면 구동 토크의 방향이 (+) 반주기와 (-) 반주기에서 각각 다르게 되므로 높은 주파수에서는 가동 코일의 관성이 매우 크므로 지침은 구동 토크의 빠른 변화를 따라갈 수 없어 영점 주위에서 약간 진동한다. 따라서 가동 코일형 계기로 교류를 측정하기 위해서는 교류를 정류하여 ...
